磁性材料产业发展研究

磁性材料产业发展研究（通用12篇）

磁性材料产业发展研究 篇1

1 生态环境材料的概念和特点

1.1 生态材料的概念

生态环境材料是指具有良好的实用性和环境协调性的材料。协调性指消耗少、污染小、循环利用率高。生态环境材料充分考虑了人与自然社会的协调性, 能够改善环境质量, 是未来材料发展的必然趋势, 也是材料可持续发展的必由之路。

1.2 生态材料的特点

生态环境材料的特点主要有: (1) 先进性。能开拓更广阔的活动范围和环境, 发挥其优异性能。 (2) 环境协调性。协调人类的活动范围与外部生态环境, 减轻环境负担, 实现资源循环利用。 (3) 舒适性。能使人类生活环境更加舒适。

2 生态环境材料的产生与发展

曾经的材料领域忽略了材料对于生态环境的影响, 着重于最大限度地发挥材料的性能。20世纪90年代初期, 日本教授山本良一首次提出了生态环境材料的概念, 国际上由此开展了广泛的研究。生态环境材料的出现不仅仅是材料自身的发展需求, 也是生态环境、社会全体、人类生存发展的需求。目前各种无毒的涂料、环境净化材料、生态资源材料环境修复材料及环境降解材料已经被相继开发。任何材料在经过改造后可达到节约资源、与生态环境相协调, 均可视为生态环境材料。

3 环境协调性评价与生态设计

根据1997年修订的ISO14000标准引入生命周期评价。LCA是产品系统在整个寿命周期中输入输出的环境影响评价。同时根据环境协调性、物化性质和功能特性设计、制备新材料, 并利用各类材料和产品的设计方法、基础数据库以及制备、加工和评价方法的发展探索最佳的制备及加工方法。作为一个共性基础, 全世界建立的材料及制品环境影响数据库已超过1 000个, 一些评价软件同时出现。

众多学者将与材料产品的设计与生命周期评价相结合, 通过生命周期评价选用材料、开发产品, 使生命周期评价得到更广泛的应用。生命周期是指在产品系统中相互联系的阶段, 从原材料的获得、产品的产生一直到产品的废弃。LCA近些年研究范围不断增大, 由包装材料到金属材料, 再到高分子和无机非金属材料等。

4 新型生态材料技术拓展

目前以下一些观点已得到世界性的公认:未来新材料的一个基本性能就是材料的环境性;LCA方法即将成为评价材料产业的方法;资源保护及利用、替代不可再生资源及资源再生将成为重要发展方向, 生态环境材料的开发和应用将是其未来发展的重点。

生态环境材料研究的主要方向有降低人均材料消耗和集约化程度、使用生态化的生产工艺减少生命周期中的环境影响、开发清洁及可再生天然能源、通过强化再生提升生物降解性、利用环境协调性高的高分子合金生产设计和可再生循环高分子材料加工, 使整个过程产物无害化。

5 结论

为了实现生态材料研发设想, 就要从生命周期性评价, 生态材料的设计、研究与开发等入手。在未来, 与环境相容的新材料、绿色产品、材料环境负荷低的新工艺和新技术方法也将得到开发, 这对于改善资源紧张、防治环境污染有重大的意义。

摘要：生态环境材料以其优越的使用性能、与环境的相协调性受到人们的关注, 并被广泛应用于各领域。主要对生态环境材料的定义、优势、特点等进行了简要的介绍, 通过对比得出生态环境材料与传统材料的生态化改造是今后材料行业发展的趋势这一结论。

关键词：生态环境,环境协调性,材料设计,新工艺

参考文献

[1]聂祚仁.生态环境材料的研究与发展趋势 (上) [J].新材料产业, 2001 (5) .

[2]刘江龙, 丁培道.与环境协调的材料及其发展[J].环境科学进展, 1995 (2) .

[3]翁端.关于生态环境材料进展的基本思考[J].材料导报, 1999 (1) .

[4]杨印生, 盛国辉, 吕广宏.我国开展农业LCA研究的对策建议[J].中国软科学, 2003 (5) .

[5]杨忠直, 孙皓辰.循环经济模式下的企业生产组织研究[J].生态经济, 2011 (7) .

[6]A.D.Horton, W.D.Shults, A.S.Meyer.Determination of Nitrogen, Sulfur, Phosphorus, and Carbon in Solid Ecological Materials Via Hydrogenation and Element-Selective Detection[J].Analytical Letters, 1971 (49) .

磁性材料产业发展研究 篇2

（姓名：王永志）（学号：z1505031）

一、高分子材料研究进展

主讲人：周志平教授，2016年3月2日，研究生楼305室 报告的主要内容是：

1、世界高分子事业的发展历史，可以从一些标志性的事件和诺贝尔奖的获得情况来看，比如1946年JPS在美国创刊，至今仍是高分子学科的最重要期刊之一；1946年世界第一个高分子研究机构布鲁克林高分子研究所在纽约建立；1953年《高分子化学原理》在高分子化学领域获得诺贝尔奖以及2000年艾伦·黑格等人发现和发展了导电聚合物等。

2、中国高分子事业发展历史，八十年代为第一阶段，起步很艰难；九十年代步入第二阶段，稳定满增长的阶段；现阶段为第三阶段，我国学者在各大期刊上发表论文已占很大比例。北京大学陆承勋1980年初在国际期刊上发表第一篇论文，是我国高分子学术界以学术论文走向世界的先驱者之一。

3、功能高分子材料发展趋势：（1）光功能高分子材料，是指能够对光吸收储存转化的一类高分子材料，在材料领域中占有十分重要的地位。（2）电功能高分子材料，可分为结构型导电高分子和复合型导电高分子类，主要应用于发光电极管等，较无机材料制作种类繁多、可弯曲大面积等优势。（3）反应型功能高分子，化学和物理稳定性好，实现连续化和自动化操作以及避免副反应和提高产率。（4）吸附分离功能高分子主要利用该类材料对液体或气体中的某些分子具有选择性的吸附，从而实现复杂物质体系的分离。（5）生物医用功能高分子（6）先进复合高分子材料（7）生物降解及环境友好高分子材料（8）隐身材料（9）智能高分子材料 通过周老师的报告，我对高分子材料有了进一步的认识，也了解了一些高分子材料的背景知识及发展趋势，随着时代的进步以及对材料的要求不断地提高，高分子材料的研究与发展也在往生态、功能性方面进步，我国高分子材料领域在世界上的地位也逐步不可替代。

二、强流脉冲电子束作用下304不锈钢和纯铜的微观结构及腐蚀机理

主讲人：关庆丰教授，2016年3月9日，研究生楼305室

报告的主要内容：

HCPEB作用机理（特殊的表面改性效果），作用过程：较高的能量在极短的时间内沉积在材料表层；

作用效果：在材料表层诱发热应力场从而材料表面快速强烈的塑性变形。优点：HCPEB具有工件变形小、能量效率高、清洁、处理方式灵活等优点。选题依据及研究内容

1、经HCPEB轰击之后，金属材料表面往往会形成大量的熔坑形貌，增加材料表层的粗糙度，并且在材料内部诱发大量的结构缺陷，这些一般会导致金属耐腐蚀性的降低。但许多研究发现HCPEB轰击之后材料的耐腐蚀性能却显著的提高，许多研究者根据此现象进项研究并提出相应的耐腐蚀机制模型。

2、马欣欣等人与俄罗斯Tomsk研究所合作，利用HCPEB对M50钢进行改性研究，指出表面成分与组织均匀化是耐腐蚀提高的根本原因。

3、Schmuki等人分析了不锈钢内部MnS夹杂物附近化学成分的变化并研究了其与点蚀之间的关系。存在问题

1、现存模型却未考虑到HCPEB轰击之后微观结构的形成与演化行为对腐蚀性能的影响。

2、现存模型未研究纯金属的耐腐蚀性能变化，因此实验体系不完善；

3、现存模型尚不能解释腐蚀性能随表层熔坑密度增大而降低的实验现象。实验过程

实验处理参数：密度，持续时间，频率等

表征手段：表面形貌分析，微观组织结构分析，显微硬度测试，腐蚀性能测试：爱用传统的三电极体系，选用CHI660C电化学工作站。

通过关教授的报告，我对强化脉冲电子束（HCPEB）有了更深的认识，强流脉冲电子束(HCPEB)表面处理是一种新兴的高能束表面处理技术。HCPEB利用高能电子束为热源,瞬间作用使材料表面温度迅速升高,表层成分和组织结构发生变化，是一种新兴的高能束表面处理技术。

三、拓扑绝缘体简介

主讲人：糜建立教授，2016年3月16日，研究生楼305室 报告的主要内容：

1、什么是拓扑绝缘体？

2、拓扑绝缘体有什么应用前景？

3、为什么叫拓扑绝缘体（本质）？有哪些特点？

4、如何获得拓扑绝缘体材料?

1、拓扑绝缘体是一种内部绝缘，表面允许电荷移动的材料。这样的表面金属态是稳定存在的，不受到杂质与无序的影响，是由体内电子态的特殊性质决定的，而不是由表面的性质决定。拓扑绝缘体的发展历史：第一代：HgTe量子阱，第二代：BiSb合金，第三代：Bi2Se3，Sb2Te3,Bi2Se3等化合物。

2、Moore定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，随着器件的越来越小型化，耗损的功率占比越来越大，摩尔定律能否延续下去？传统集成电路发展到今天已经趋向于一个瓶颈，而拓扑绝缘体的发展则能突破这种瓶颈。

3、拓扑学：近代发展起来的一个数学分支，主要研究各种“空间”在连续变换下（不通过撕裂，割破等变换）的不变性质和不变量。拓扑绝缘体的“拓扑”不是实空间的拓扑结构，与材料的几何形貌都没有关系。拓扑绝缘体是指电子态在动量空间中的拓扑结构，本质上是电子自旋道耦合的结果。自旋轨道耦合引起了能带反转。电子移动经过原子核的电场时，会产生电磁作用，电子的自旋与这电磁作用的耦合，形成了自旋-轨道作用。

拓扑绝缘体是一种新的量子物质态，完全不同于传统意义上的“金属”和“绝缘体”，这种物质态的体电子态是有能隙的绝缘体，而其表面是无能隙的金属态。信息的传递是通过电子的自旋，而不像传统材料通过电荷，不涉及耗散过程，不会发热。表面金属态的出现是由对称性所决定的，它的存在非常稳定，基本不受杂质与无序的影响，在未来的电子技术发展中有着巨大的应用潜力。寻找具有足够大的体能隙并且具有化学稳定性的强拓扑绝缘体材料，成为人们目前关注的重要焦点和难点。

四、陶瓷复合材料的设计及应用

主讲人：乔冠军教授，2016年3月23日，研究生楼305室

1、先进陶瓷分类及应用：先进陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类，结构陶瓷包括氧化物陶瓷、非氧化陶瓷、低膨胀陶瓷、纳米陶瓷、陶基复合材料。而功能陶瓷包括电子陶瓷、热学光学功能陶瓷、生物抗菌陶瓷、多孔化学陶瓷。结构陶瓷优异的特性表现为高强度、高硬度、高弹性模量、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化等优点，因此现在许多合金逐渐取代现在的超高合金钢，如发动机汽缸套、轴瓦、密封圈等。功能陶瓷材料是具有光、电磁、声、超导、化学、生物学特性，具有相互转化功能的一类陶瓷。

2、结构陶瓷的发展：1980年欧美日掀起陶瓷引擎热潮，1985年中国满怀信心预言前景，1990年汽车用全陶瓷引擎量产，2000年飞机用上全陶瓷发动机。

3、反应结合的RB-SiC,由针叶、阔叶等树枝状的微观组织，将SiC和C还有树脂一起反应烧结，最后获得所需的产品，再由针叶、阔叶延伸到竹子，再到纸张，然后是树脂，通过工艺条件获得的纳米孔隙结构，这种陶瓷比常规性能提高一倍。

4、可加工的陶瓷材料、尿素和硼酸结合先包覆于SiC表层，经反应后，SiC分散着很多纳米级别的BV，这种陶瓷可以加工穿孔、铣工等都可进行。

通过乔冠军教授的讲座，我对陶瓷复合材料有了新的认识和了解，对材料加工有了新的思路，传统的材料加工方式应在陶瓷材料的带动下进行新的突破和尝试，但尽管陶瓷基复合材料的结构部件已用于某些发动机，但陶瓷基复合材料并没有真正地广泛应用，在一些方面有待进一步的研究。

五、快速成型制造技术

主讲人：王雷刚教授，2016年4月13日，研究生楼305室

1、快速成型制造的基本过程：CAD建模、分层、层面信息处理、层面加工与粘接、层层堆积、后处理。

2、快速成型制造的主要方法：（1）选择性液体固化（SLA）（2）选择性层片粘接（LOM）（3）选择性激光烧结（SLS）(4)熔融沉积成型（FDM）

（1）SLA基本原理：基于液态光敏树脂的基本原理，将激光聚集到液态光固化材料表面逐点扫描，令其有规律的固化，由点到线到面，完成一个层面的建造，层层迭加成为一个三维实体。SLA方法是目前快速成型技术领域中研究的最多的方法，也是技术上最成熟的方法。

特点：

1、SLA工艺成型的零件精度较高，能达到0.1mm，产品透明美观，可直接做力学实验。

2、但这种方法也有自身的局限性，比如需要支撑，树脂收缩导致精度下降，光固树脂价格昂贵，有一定的毒性，且产品不能溶解，不利于环保。

（2）LOM基本原理：采用激光或刀具对片材进行切割，首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线，而后将不属于原型的材料切割成网格状。片状表面事先涂覆上一层热熔胶。通过升降平台的移动和箔材的送给，并利用热压轮碾压将后铺的箔材与先前的层片粘接在一起，再切割出新的层片，层层迭加得到下一个块状物，最后将不属于原型的材料小块剥除，就获得所需的三维实体。

特点：工艺简单，成型速度快，精度较高，无需加支撑，成本低，力学性能差。

（3）SLS工艺是利用粉末状材料成型的，又称激光熔结（LF）。特点：材料适应面广，具吸引力，不需加支撑，精度不高，不易做薄壁件。

（4）FDM是将热熔性材料通过喷头加热器融化，喷头沿轮廓线填充轨迹运动的同时融化材料被挤出，冷却后形成层面，层面堆积而获得三维实体。

特点：使用、维护简单，成本较低，适合做薄壁件，污染小。

3、快速成型的主要特征：高度柔性，可以制造出任意复杂状的三维实体；CAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；成型过程无需专用夹具或工具；无需人员干预或较小干预，是一种自动化的成型过程；成型过程的快速性，适合现在的产品市场。

通过王雷刚教授的报告，对快速成型技术有了大概的了解，快速成型技术的出现也对传统工业技术产生了很大的冲击，对制造业产生了革命性意义，但由于发展时间相较于传统工业技术还相对短暂，技术、设备也有待于完善与提高，因此具有良好的广阔的发展前景，与传统工业技术之间的良性竞争也对双方的发展产生促进作用。

六、专利讲解

主讲人：，2016年4月22日，材料楼418室

报告的主要内容是：

1、专利的基本知识。专利通常指的是专利权，也可以解释为授予专利权的技术发明。专利权类型有三种：发明、实用新型和外观设计。发明：是指对产品、方法或者其改进所提供的新的技术方案。实用新型：是指对产品的形状、构造或其结合所提供的适于实用的新的技术方案。外观设计：是指对产品的形状、图案或者其结合以及色彩与形状、图案的结合所作出的富有美感并适用于工业应用的新设计。不同专利类型的差异很大：发明专利权的保护期限是20年，实用新型权的的保护期限则是10年。发明专利权的授权时间长达2-3年，而实用新型的授权时间仅几个月。另外，外观设计更倾向于美术思想美感，而发明、实用新型则更注重技术思想、功能和效果。专利权具有独占性、地域性和时间性的特点。专利申请程序：按专利法规定，国务院专利行政部门负责全国的专利工作，统一受理和审查专利申请，依法授予专利权。办理专利申请应当提交必要的申请文件，并按规定缴纳费用。专利申请必须采用纸件形式或者电子申请的形式办理。申请人可以直接面交或通过邮寄的方式向国家知识产权局提交专利申请，也可以通过设在地方的代办处递交专利申请。国家知识产权局于2004年3月12日建立了电子申请系统。申请人可通过国家知识产权局政府网站递交专利申请。

2、专利申请书的写法。书的文体：专利文体=说明书+议论文+法律文书。1）说明文：客观地说明事物，以解说或介绍事物的形状、性质、成因、构造、功用、类别等物理的含义、特点、演变等为主要内容。要求：讲清楚、说明白、揭示本质、条理清晰。说明文主要是通过对客观事物或事理的介绍说明，说明文强调科学性、客观性。2）议论文：其要素有论点、论据和论证。论点是论文的作者对所论问题的见解和主张。论据是说明论点的材料。论证是运用论据来证明论点的过程和方法。论证的类型有主论和驳论。主论从正面论证，驳论从反面论证。专利申请中只有主论。而论证的基本结构层次：三段论式的结构：提出问题、分析问题、解决问题。3）法律文书，即权利说明书，像法律条文一样，一个萝卜一个坑，当人家侵犯你的专利时，就看他是否符合相关条款的表述，如果完全符合，则表示侵犯了你的专利。

通过 老师的报告，我了解了一些关于专利的知识，专利属于知识产权的一部分，是一种无形的财产，与其他财产有不同的特点。像之前所说的，专利具有排他性、事件性和区域性。专利是受法律规范保护的发明创造。另外，授予专利权的发明和实用新型，应当具备新颖性、创造性和实用性。

七、层状过渡族金属硫、硒化物纳米材料MX2(MMO,W,Nb,Ta,Ti;XS,Se)及复合材料的制备

主讲人：李长生教授，2016年4月27日，研究生楼306室 报告的主要内容是：

1、研究背景。从结构角度阐述了从Ti、V、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re，最终推出了开发新型层状结构的固体润滑材料，而MoS2的结构正好符合，于是国外就有人通过氧化—去氧化方法制备了MoS2纳米管。

2、纳米材料的制备和表征。模板法制备WS2和MoS2，其反应方程式如下所示：

(NH4)2MoS4H2MoS22NH32H2S

(NH4)2WS2H2WS22NH32H2S

MoS2和WS2纳米管的表征（SEM）可以看出未用NaOH溶液处理，热处理前后无明显变化，用NaOH溶液处理后，管状结构显示出来。接着对WS2纳米管的TEM表征进行了解释。对NbS2和TaS2纳米线（束）的SEM表征也给出了详细的讲解。MoSe2和WSe2纳米片状结构的XRD、SEM表征也被对比突出地讲解。对影响NbS2的纳米线形貌因素及生长过程进行了讨论。

影响WSe2纳米颗粒形貌因素及生长过程讨论：随氢气流量加大形貌趋近片状。0.75mol/L时，不规则的片状结构，片与片重叠在一起，团聚现象明显。影响WSe2纳米线形貌因素及生长过程讨论：800℃保温1h，过硒系数分别为1.1、5.2，过硒系数增加，衍射峰逐渐宽化，粒度减小。

3、摩擦学特性测试。用AFM评价MoS2和WS2 纳米管的摩擦性能：与MoS2相比，WS2晶粒细小且均匀摩擦，力分布起伏小。用MS-T3000 评价NbS2和TaS2纳米纤维的摩擦性能：f=0.06-0.13，f随L增加，但平稳。低含量，f随L增加，高含量，f随L增加降低，说明承载能力强。先减小后增大，低转速，10％效果好，高转速5％效果好，纳米颗粒在润滑油中所起的作用也发生了变化。用UMT-2评价MSe2（使摩擦系数降低约40％-50％）。转速为50MP时的摩擦系数随载荷的增加有急剧降低的趋势。另外，对氧化物超导复合材料也进行了研究，研究Pb/NiAg,Au/Xe；分子动力学软件做数值模拟得出了同样的结论。新型固体润滑剂的设计：石墨+复合氧化物+钛酸钾晶须。1000℃时摩擦试验结果：

1、纯石墨：2-石墨+复合氧化物；3-石墨+复合氧化物+钛酸钾晶须；4-纯复合氧化物。

磁性材料产业发展研究 篇3

引言

近年来，建筑装饰设计在建筑行业的不断发展中得到了进一步的完善。在社会经济高效发展的社会背景下，人们对建筑装饰设计的要求越来越高，为满足人们的需求同时还保障建筑装饰设计行业的稳定发展，相关设计人员将工作的重点放在了装饰设计材料上，重点是加强了对新型材料的研究，这种改变是符合可持续发展战略要求的，因此文章以此为基础重点研究了建筑装饰设计受材料发展影响的相关内容。

装饰材料和建筑装饰设计分析

随着科技的发展和人们生活水平的提高，使得人们对装饰材料的选择空间变大，不同的装饰材料给人们带来不同的感受。装饰材料的应用的基本原则就是经济实用性，然后才会考虑其审美价值，这是装饰材料发展中的两个重要支撑点。从上世纪二十年代开始，装饰材料开始进入了现代化发展道路，其在人们的生产生活中应用越来越广泛。建筑装饰的目的是保障建筑空间的合理化，同时增加美感化。建筑装饰设计所包含的内容很多，比如常见的就是地板、墙面等，这些位置的装饰在建筑设计的重要内容，因此在建筑装饰设计中要重点关注这些位置的材料选择工作，这样才能保障装饰设计的有效性。

建筑装饰设计受到材料发展的影响分析

1.环保节能材料对装饰设计的影响

现阶段由于环境污染越来越严重，因此各行各业倡导的都是可持续发展战略，与此同时绿色环保理念被应用在很多领域，在这种理念的影响下人们的建筑装饰设计观念也得到了提升，环保节能成了人们装饰设计中重点考虑的内容。前些年，建筑市场上的环保节能材料主要是以太阳能、节能玻璃等为主的，比如太阳能热水器、阳光控制膜玻璃，这些装饰材料主要是应用太阳能的可再生利用性能，实现节能减排的目的，所以其属于绿色环保理念。可以说太阳能的应用不仅提高了人们生活的便利性，还为经济的可持续发展提供了基础保障，所以太阳能在建筑装饰行业中的应用范围就变得更大。近几年，在太阳能技术还大力应用的同时又出现了其他的材料，比如硅藻泥，此种材料能有效的去除室内装修中的甲醛，硅藻泥是一种环保性能极很高的材料，能吸附粉尘以及有毒物质，所以应用硅藻泥不仅保护了人们的身体健康，还实现了环保的目的。

2.新型材料对装饰设计的影响

建筑装饰设计中的新型材料主要是指那些生态环保且人性化的装饰材料，这些新材料能清洁人们的居住环境，同时通过再生资源的应用实现节能的效果。比如目前研发出的热反射原理玻璃、墙体保温材料等，这些新材料在装饰设计中的应用效果非常显著。除此之外，还有一些生物类的新材料，如一些能吸附CO2、HCHO（甲醛）、C6H6苯及空气中细菌有害物质的植物，常见的就是植物盆栽、庭院花丛、绿化草坪等。

3.材料美学特点对装饰设计的影响

装饰设计材料的选择体现的是设计者的设计理念和意图。比如，在木质材料的应用能给人们一种原生态的感觉，是人们感觉更加亲近自然，还能有一种怀旧体验。现阶段很多装修设计都追求复古意境，这样的建筑设计环境能让人得到精神上的享受，因此随着人们追求观念的改变木质材料的应用在装饰设计中的影响越来越大。此外，目前还有很多建筑在装饰设计中也会使用金属材料，但是如果单纯只使用一种金属材料效果将不是很好，会让人感觉清凉和冰冷，因此应该进行组合利用，以此满足视觉享受。

建筑装饰材料的未来发展及其对建筑装饰设计的影响

建筑装饰材料的未来发展主要有以下两个方面：其一，绿色材料。绿色材料的本质是生态环保、健康。其应该具备以下特征：第一，以废渣及垃圾等为原料，以此减少对材料的消耗。第二，充分利用可再生的能源，减小能耗，同时提升能源利用率，实现生态平衡。第三，使用清洁生产技术，保护生态环境。比如上海世博会越南馆使用的竹子，关联了人和自然之间的关系，体现了自然、健康的设计理念。其二，复合材料和智能材料。这两种材料能有效降低原料的消耗，比如复合纸质材料将多种材料复合在一起满足了装饰设计的各方面要求。智能材料能感受到外部刺激，然后进行适当处理，如用光合作用、风能等，将CO2等有害物质转化成为有利物质，为材料的选用提供素材。未来的建筑装饰设计将会更加重视自然环境和装饰材料的融合，因此了解材料属性并完善新材料的使用方法，就会进一步保障建筑装饰设计的创新发展，最终实现人们对环境质量高质量要求。

结束语

总之，装饰材料的发展对建筑装饰设计有着重要的影响，现代社会的新型装饰材料不仅能完善建筑装饰设计风格，还能有效推动装饰设计行业的创新发展，实现二者间的相互促进和相互影响作用。因此要求相关人员在后期的设计过程中要敢于在研究新型装饰材料，同时应该了解材料对建筑装饰设计的影响，以此提高建筑装饰设计工艺水平及建筑结构的节能持续性能，最终促进建筑装饰材料和建筑装饰设计行业的共同发展。

（作者单位：河北工艺美术职业学院）

层状功能材料的研究与发展 篇4

本文探讨的层状功能复合材料指依靠两种或两种以上的组元通过界面接合而能完成功能转化的一类新型材料。通常,层状功能复合材料相比较其他功能材料具有成本低、力学性能优良、生产效率高等优点,因而越来越受到关注。按照组元材料可分为金属/金属、金属/陶瓷、金属/高分子、高分子/高分子、高分子/陶瓷、陶瓷/陶瓷等6大类叠层功能材料。

1 层状复合材料的典型结构及制备技术

图1为4种主要的层状复合材料结构,其中A类为由一种组元材料包覆另一组元而成的管、棒、线材等;B类为由厚度相近的两种组元材料复合而成的板、块料等;C类为一组元材料被另一相同的两片组元材料包裹住,成夹心结构,此类结构通常还有呈“1/2/1/2/1/…”多层的周期叠置方式;D类为在一基体材料上镀覆另一种材料,此镀覆材料常较薄,多用于保护基体材料或为其有益补充。

层状材料的制备技术以有效稳定复合组元材料为目的,其工艺因结合组元材料而异。金属基层状材料的复合制备工艺一般有机械结合法与冶金结合法两大类,其中机械结合法包括镶套、液压扩管、冷拉拔等,而冶金结合法包括爆炸焊接、轧制复合、扩散焊接、挤压成形、粉末塑性加工、摩擦焊接、复合铸造、磁控溅射等[1];陶瓷基层状材料通常由流延法、热压烧结、等离子溅射、微弧氧化等工艺来制备[2];高分子基层状材料则通常由层压复合、超声波焊接、化学镀、真空镀、喷涂等工艺制备,或其自身同时作为粘结剂而结合。对于难以复合的两组元材料,还常引入过渡层,填进易结合两组元的填料达到稳固结合的目的。另外,自20世纪80年代开始研究的层状梯度功能材料(FGM),其制备工艺有气相沉积法、粉末冶金法、等离子溅射法、薄膜叠层法、自蔓燃高温合成法等。

2 6类层状结构的功能材料及其应用

2.1 金属/金属叠层

金属/金属层状复合材料是将两种金属材料利用其各自的性能优势进行分层组合形成的一类金属材料。双金属复合材料能使由复合金属构成的零件具有适应恶劣工况等特殊的性能,延长零部件的使用寿命,并取得良好的综合经济效益。如金属材料作为导体时,由于存在集肤效应,单一金属导线在电力电子行业中的输电经济性较差,由此开发出如图1-A所示结构的双金属叠层材料,采用导电性能良好的材料作表层材料,强度高且成本低的材料为芯材。如常采用的层状铝包钢代替钢缆线应用于高压输配等电力线路、采用铜包铝复合线应用于有线电视传输等,这样既增加了导线的力学强度又提高了输电效率。此类叠层材料常采用挤压等方式制备。

利用不同金属材料在传热、导电及热膨胀性能等方面的差异,又开发了如图1-B所示结构的叠层材料,其可对不同环境作出“反应”。如具有热敏功能的热双金属材料是采用在导热性、导电性或线膨胀系数有差异的两个金属材料叠合,作为一种实现温度控制较简单的自控元件,广泛应用于热继电器、家电保护器、温控器、启辉器、断路器、自动保护装置等,成为许多机械、电器和仪表上不可缺少的热敏元件[3]。

对于一些有特殊要求且工作环境复杂的材料,如面板二维方向上要求有很好的热导率和较低的膨胀系数的电子封装材料,一般设计为如图1-C所示结构的三层“夹心”复合材料,其中间层是低膨胀材料,两边则为高导电导热材料。现已广泛应用的此类材料有Cu/Mo/Cu、Kovar/Cu/Kovar、Cu/Kovar/Cu和Steel/Cu等。这类材料的生产工艺大多为轧制复合或者电镀复合。采用轧制复合等方法制备的这种材料加工成本比较低,如现已可成卷地连续轧制复合生产Cu/Invar/Cu复合板材,不仅大大降低了生产成本,还可加工成70μm箔材,被广泛应用于PCB的芯层和引线框架材料[4]。

对于如图1-D所示结构的金属功能材料,现开发有针对X射线、紫外线呈高反射率的薄膜。如采用磁控溅射方法在周期数为30、硅基片取向为(111)、基片温度470℃左右下制备的Ti/Cu多层金属膜,其对紫外光的反射率比较高,且随着波长的减小反射率增加,在波长为250nm时反射率达65%。现今采用分子束外延(MBE)、直流磁控溅射(DCMS)、射频磁控溅射(RFMS)、电子束蒸发(EBV)和有机金属汽相外延(MOCVD)等技术制备多层金属反射薄膜,其对软X射线、紫外光表现出较高的反射率[5]。

2.2 金属/陶瓷叠层

金属/陶瓷层状复合材料是以金属与陶瓷两种材料为组元,通过控制材料的组成和微观结构的梯度分布,消除传统的金属和陶瓷复合材料的性能不匹配界面,充分发挥金属和陶瓷的优异性能。目前金属/陶瓷叠层功能材料研究的难点多还是集中于两种材料的界面连接问题。

现金属/陶瓷层状复合材料的研究在航天科技中应用较多,因其对超耐热材料的需求,单一金属或陶瓷已难以满足其复杂工作环境。开发的层状复合材料在承受高温的一侧配置高温陶瓷,在用液氢冷却的另一侧则配置导热性和力学性能较好的金属材料。其采用等离子溅射等工艺使陶瓷和金属两种材料的相对比例和组织结构呈连续的梯度变化,得到性能相互匹配的界面,使材料的力学、热学和化学性能等呈现连续的梯度变化,从而达到缓和热应力和耐热隔热等目的。由于此种材料缓和热应力效果良好,是未来航天飞行的理想耐热、隔热材料,同时在核能、电子、化学和生物医学等领域也有着广阔的应用前景[6]。

同样,因装甲材料有“高硬度、高强度、高韧性、低密度”的需求,现也已开发有由陶瓷与金属构成的复合装甲,其基本形式为采用较硬的陶瓷作面板、具有良好韧性的金属作背板或者如图1-C所示的金属/陶瓷/金属三明治结构,叠层间通常用活性铸接、活性金属钎焊或胶粘剂粘接等工艺复合。这不仅利用了陶瓷材料的高硬度、高弹性模量来满足装甲要求的抗侵彻能力,又利用了金属材料的韧性及延展性来满足装甲要求的抗冲击能力和抗崩落能力。其表现出较好的防护高速弹丸打击能力,被广泛应用于防弹衣、装甲车辆和需要装甲防护的飞行器上[7,8]。

除金属陶瓷块体组元的连接外,20世纪80年代开发的微弧氧化(Microarc oxidation,MAO)又称微等离子体氧化(Microplasma oxidation,MPO)技术也被应用于金属陶瓷的制备,由此大多制得如图1-D所示的结构材料。它是通过电解液与相应电参数的组合,在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用,生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。其微弧氧化膜层与基体结合牢固,结构致密,韧性高,而表现出良好的高表面硬度、耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性,引起学术界的研究兴趣和工程界对应用开发的极大关注[9,10]。

2.3 金属/高分子叠层

金属/高分子层状复合材料由具有强韧性的金属基层与具有弹性、耐蚀、绝缘等特性的高分子材料层复合而成。其典型应用是始于20世纪60年代的双面涂塑钢板等。

双面涂塑钢板兼有金属的强度和刚度,塑料的耐腐蚀性和色彩、图案而被广泛应用。如今其内涵更是不断拓展,如具有防静电功能的金属塑料复合板,它由金属塑料复合板基材底层、溶剂无铬纯化液膜中间层和防静电涂料面层复合而成,金属塑料复合板基材底层又包括中间的塑料层及复合在塑料层上下表面的金属板层。其主要用于医疗、卫生部门的无菌室,药厂、食品厂、化妆品厂的生产车间等的内外墙装饰[11]。发光金属塑料复合板由金属塑料复合板基材底层和发光涂料面层复合而成,其在建筑装饰材料技术领域应用广泛,主要用室内、外装饰和户外广告等[12]。此类复合材料还有隔墙保温用双面金属塑料复合板、具有抗菌作用的金属塑料复合板、蓄光型发光金属塑料复合板等。

与双面涂塑钢板相应的金属/高分子层状复合材料便是夹层减振钢板,它在20世纪70年代末由日本首先开发出,并被广泛应用于汽车工业中,通常由两层较厚的钢板中间夹一薄层树脂构成,钢板可采用冷轧板、酸洗板、镀锌板、着色钢板和不锈钢板,夹层树脂可选用聚丙烯或尼龙等。两者可以直接利用夹层树脂粘合,也可以另选用粘结剂。减振钢板中的树脂层吸收振动能,发生变形并转化为热能失散,因此可以起到减振作用。以上两种材料基本为图1-C所示结构。

另外,金属/高分子层状复合材料同样有如图1-D所示结构的应用。如在电磁屏蔽材料领域,有通过贴金属箔、化学镀、真空镀、喷涂等方法,对绝缘体表面进行导电化处理而达到对电磁屏蔽效果的目的,其属于反射损耗为主的屏蔽材料。例如,把镍箔、铜箔、铝箔、铁箔、不锈钢箔等与塑料薄片、薄板等用粘合剂连在一起,然后再压制成型,工艺较简单,但屏蔽效果可达到60～70dB[13,13]。

2.4 高分子/高分子叠层

高分子层状复合材料的特点是集各类高分子材料之长,如拥有高强度、质轻、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质的材料。依据具体需求,选取不同高分子材料,采用粘合剂粘结等复合制备的高分子/高分子层状材料表现出新的功能。

双高分子层状材料在工业上的一个典型应用是吸声、吸波功能。由于声波在不同的媒质中有不同的传播速度和损耗,声能的损耗又主要是通过粘滞性内摩擦、热传导和弛豫作用来完成的。在叠层高分子吸声材料内,因界面的增加、粘弹内阻尼以及填料阻抗的合理匹配可实现分子的无规则运动,达到吸声的目的。例如,潜艇和许多水下装置为提高自身的隐蔽性能,在弹性壳体外敷设消声瓦等多层高分子复合材料的结构,以吸收入射声波的能量[14]。

日常生活中双高分子层状材料的应用出现在20世纪,如人造革等,如今又开发了用作隔音与减震地板的层状复合材料,其由塑料上板层与塑料下板层扣合而成,如图1-B所示。其塑料上板层的上表面粘有玻璃纤维布层,底面边缘设有扣齿或条。塑料下板层的上面边缘设有扣孔或凹槽,格状凹槽内还装填有防火棉,塑料下板层底面粘有橡胶垫片。由于采用了玻璃纤维布、防火棉、塑料板、橡胶垫片,达到了隔音、减震、透气的目的[15]。

2.5 陶瓷/高分子叠层

陶瓷材料具有很高的硬度、极佳的耐高温性和耐化学药品性,而高分子材料通常只在较温和的条件下使用。如能将陶瓷材料涂敷于高分子材料表面,形成一层坚固的陶瓷保护层,就可大大拓宽其应用温度范围,提高塑料等的耐候性和耐化学药品性,改进塑料的耐磨性能等,从而扩展材料的使用领域。

由于陶瓷与高分子材料性质的差异较大,将此两种材料制备为叠层复合材料难度大,具体应用也很少见。有报道指出,日本于2005年研究出一种使塑料与陶瓷一体化的新技术,首先在塑料表面涂上特殊的无机材料,并应用一种特殊的处理方法,使它的表面结构具有瞬间的超耐热性,容易与陶瓷紧密结合;然后,采用等离子熔射法,在20000℃的超高温下高速喷出陶瓷粒子,从而使塑料与陶瓷一体成型。这样制成复合材料的表面硬度是钢铁的2倍以上,具有质量轻、强度高、耐冲击、加工性能好等优点[16]。

另一典型应用的陶瓷/高分子层状功能材料是压电复合材料,它是由压电陶瓷/聚合物两相体系连接构成的一种具有压电效应的复合材料,根据此两者的连接方式压电复合材料可分为10种[17],其中由层叠-浸渍或切割-填充法等制备的2-2型便为明显的叠层结构。压电复合材料因其如下特点:克服了压电陶瓷硬度大、韧性较差、易脆性开裂等缺点;具有低的密度和声阻抗,与生物体、非金属材料、水及气体介质有较好的匹配特性;其机械品质因素Qm值比普通压电陶瓷低2～3个数量级;具有较高的接收电压灵敏度;其平面机电耦合系数要小于普通压电陶瓷的平面机电耦合系数,而在医疗探头;无机非金属材料无损检测超声领域;声纳、水听器、深度仪、鱼探仪等水声领域;声学成像、机器人领域都有巨大的应用前景;甚至在军事领域的作用也很巨大,用其制作的被动声纳换能器,作用距离可以提高1～3倍。

2.6 陶瓷/陶瓷叠层

陶瓷层状复合材料的特点同样是利用各类陶瓷材料的优点,如电真空中介质损耗小、介电常数小、耐高温性、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质。目前因陶瓷层状功能材料的研究难度大,功能优势不明显,针对层状陶瓷复合材料的研究报道多侧重于陶瓷的强韧化。尽管如此,近些年来还是开发了多层陶瓷微波滤波器、红外导电陶瓷及高吸波效率的陶瓷基层状材料等功能材料。

多层陶瓷微波滤波器是经过电子陶瓷材料流延成型工艺、低温叠层烧结技术、高精度印刷叠层技术及封装技术等多种工艺流程而制成的高频多层陶瓷微波滤波器。它具有频率高、体积小、插损小、衰减大的特性,在移动通信、数字化家电等产品中得到广泛的应用[18]。

一种新型红外导电陶瓷是由如图1-C所示的夹层结构构成,其中间为导电层,两边为绝缘层。它的特征在于两绝缘层和导电层,经陶瓷压机压制成陶瓷坯体。其绝缘层材料为非导电的陶瓷原料,导电层材料以绝缘层原料为基料掺杂导电材料而成,添加的导电材料可以是碳类、导电陶瓷粉、金属材料中的一种或上述几种导电材料的混合,三层压合成型烧结为一体。此红外导电陶瓷材料表面致密、绝缘强度高、抗折强度高,有效地解决了导电陶瓷电阻率不均匀、易吸潮、高温迅速老化等问题[19]。

还报道有高吸波效率的陶瓷基层状材料,此陶瓷基层状材料的一端为透波层,另一端为反射层,中间是至少一层的吸波层。其制备过程为:首先制备陶瓷浆料;接着将连续碳纤维(Cf)浸渍到浆料中进行挂浆,制成一定尺寸的Cp-陶瓷素坯,并置于石墨模具的底层;之后加入碳纳米管(CNTs)/陶瓷粉体,热压烧结得到阻抗渐变的层状材料[20]。

3 层状功能材料的发展前景

如今,高新技术的发展日新月异,材料科学的内涵也日益丰富。层状复合材料以其低成本、高效的加工制备工艺,优异的力学、物理、化学性能正被广泛关注与研究。回顾各新兴材料的发展历程,层状功能材料未来可朝如下方向发展:成形过程短流程化、设计制备一体化、构建层状复合材料数据库等技术融合;保证叠层复合质量及实现难接合材料的有效复合;同时积极开展学科综合,拓宽层状功能材料的应用领域等。只有各门技术、学科的多管齐下才能真正实现新兴材料产业的跨越式发展,最终能为实现低碳技术、低碳经济、低碳生活贡献一份力量。

摘要：回顾了近些年来层状功能材料研究的概况,介绍了层状功能材料的特点及其常用的成形加工工艺,分析了6类层状结构功能材料的特点,并综述了各类功能材料的研究与发展现状,最后指出了技术、学科综合是其今后的主要研究与发展方向。

磁性材料产业发展研究 篇5

我国深海浮力材料的研究现状及其发展

科 目： 材料科学前沿讲座 专业年级： 材料化学2010级 姓 名： 柳 倩 学 号： 140112010027

我国深海浮力材料的研究现状及其发展

【摘要】 高强度固体浮力材料是现代深潜技术的重要组成部分之一，对保证潜器浮力、增大潜器有效载荷有着重要作用。本文简要介绍了化学泡沫复合材料、微球复合泡沫材料和轻质复合材料三种固体浮力材料及国内外固体浮力材料的技术发展概况。分析了我国深海固体浮力材料开发过程中所存在的问题，并最后在此基础上展望了我国固体浮力材料的发展方向。

【关键词】 固体浮力材料、空心玻璃微珠、复合泡沫材料、发展历程、研究方向；

一、前言

海洋是资源和能源的宝库，尤其是深海领域。在海洋深处，蕴藏着丰富的大洋多金属结核矿、石油、天然气、热液硫化物 天然气水合物及深海生物基因资源等。在陆地资源日益枯竭的情形下，向海洋开发已成必然趋势。21世纪将是海洋的世纪，世界各国正在调整自己的海洋政策以及海洋领域的种种举措，加大对于海洋资源的开发与利用。随着海洋开发科学的兴起，首先需要对大陆架以及深海进行勘探与考察。利用载人或无人深潜器在深海中进行直接观察、摄影、测量、取样以及设置必要的仪器设施、水下作业等深潜技术是海洋开发中所必不可少的。

深海勘探开发主要以深潜技术为基础，利用潜器、水下机器人等在深海进行观察、测量、取样、安装必要的仪器设施、进行水下作业等。深海潜水器由于下潜深、环境压力大，常采用无动力上浮技术，这就需要潜水器在耐压的同时，可以提供一定的浮力，从而保障潜水器和潜航员的安全。为了达到此目标，人们便开始研制轻质高强的固体浮力材料，并将其作为深海潜水器的外壳，对保证潜器浮力、增大潜器有效载荷和减小其外型尺寸等起到了重要作用。浮力材料实际使用时需长期浸泡在水中，要求其耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击。在水中的 使用深度不同，对它的强度要求也不同，水深增加，材料的强度亦增加，相对密度随之加大，但浮力系数降低。尤其是在海洋中每增加100m深度，物体受到的压强就将增加约10个大气压，即1MPa。因此，先进固体浮力材料应该既轻又强，即在保持密度较低的情况下，大幅提高耐压强度，但往往密度降低的同时，压强也随之降低。高强度的浮力材料在民用、商业以及军事上有着广泛的应用，如水中设备的配重，漂浮于水面或悬浮于水中的浮缆、浮标，海底埋缆机械以及声多普勒流速剖面仪平台，零浮力拖体，无人遥控潜水器等。使用条件不同，对其性能的要求也不一样。随着海洋技术的开发，高强度浮力材料的应用前景非常广阔。

目前，先进固体浮力材料制备技术主要为美国、俄罗斯等国所掌握。其材料密度一般可在0.4～0.6 g/cm3，耐压强度则在40～100 MPa。国内浮力材料一般采用聚氨酯泡沫、环氧树脂泡沫或其他发泡塑料，与国外相比，材料成本低;但耐压强度低，浸水一段时间后，失去浮力，可靠性能差，最大工作深度400m左右。虽然我国在该领域已开展了多年的相关研究，但在深潜用固体浮力材料性能方面仍落后于国外先进水平。

二、固体浮力材料分类

固体浮力材料是一种以胶黏剂为基体、气体空穴为浮力调节介质的复合材料。按照气体空穴来源的不同，固体浮力材料可以分为３大类：化学发泡浮力材料、空心微球浮力材料（也被称为两相复合泡沫材料）和复合轻质浮力材料（三相复合泡沫材料）。

空心微球浮力材料是由空心玻璃小球混杂在树脂中形成的，空心玻璃小球占60%~70%的体积。复合轻质浮力材料是由复合泡沫和低密度填料组合改性而成。其气体空穴除了由空心微球（大多为空心玻璃微珠）提供，还来自低密度填料，如中空塑料球或大径玻璃球等。化学发泡浮力材料是利用化学发泡法制成的泡沫复合材料。这三种浮力材料由于材质的不同，有着各自的性能特点，因此在海洋环境中有着不同的应用范围。其中，空心微球浮力材料的最低密度极限是0.5g/cm3,复合轻质浮力材料的最低密度极限是0.32g/cm3,而化学发泡浮力材料的最低密度极限是0.24g/cm3，这些极限值不包括用于海面浮力的材料。且上述极限值仅仅是理想值，在实际情况中较难实现。目前，空心玻璃微珠浮力材料是国内外报道最多的一类固体浮力材料，已成功地应用于深海载人潜水器的制备当中。

三．制备方法

制备浮力材料的方法通常有浇注法、真空浸渍法、液体传递模塑法、颗粒堆积法以及压塑法等。其中浇注法和液体传递模塑法填充量较低，制品的密度较大；而其他方法虽然填充率都较高，但也都有各自的应用限制。真空浸渍法生产规模有限，制造大型产品困难；颗粒堆积法要求基体为粉末，且树脂含量较低，产品的强度也会因此降低；压塑法是较为理想也是目前最常用的成型方法，但空心玻璃微珠在一定压力下会破碎，因此对控制成型压力的要求十分严格。总之，研发高性能的空心玻璃微珠，做到用最少的胶黏剂将其粘结成型，以获取最大的η和φ值，是制备低密度空心玻璃微珠浮力材料的主要研究方向。

四、国内外发展概况

1.国外技术发展概况

美、日、俄等国家从20世纪60年代末开始研制高强度固体浮力材料，以用于大洋深海海底的开发事业。美国海军应用科学研究实验室研制的轻质复合材料，当密度为 0.35 g/cm3时，抗压强度 5.5 MPa。美国洛克希德导弹空间公司研制的深潜用 SPD(Submersible Deep Quest)级轻质复合材料，密度为0.45～0.48 g / cm3，压缩强度 25 MPa，可潜水深2430 m。美国艾默生和康明复合材料公司(简称ECCM)最近开发了 TG和 DS 型两种新型的两相复合泡沫材料。TG 型材料，密度在0.38～0.45g/cm3，可以在0～4000 m水深区域使用;DS 型材料的密度则在 0.5～0.56g/cm3，最大使用深度超过11000 m。其中TG 型新型两相复合泡沫材料由于密度小，具有更好的耐压性能及安全性，所以正逐渐取代三相复合泡沫材料在0～4000m水深的应用.虽然TG和DS型两相泡沫属 ECCM公司的核心技术,无法查询到相关制备方法，但它们作为空心玻璃微珠与聚合物树脂的复合物，性能的改善必然与这两种原料及其复合工艺有关。

日本海洋技术中心对固体浮力材料的研制开发大体上分三个时期，第一个时期是1970年水深300 m的潜水作业;第二个时期是20世纪80年代初研制载人深潜器“深海6500”;第三个时期是1987年开始研制10 km深的水下机器人。俄罗斯目前也研制出用于6km水深固体浮力材料，密度为0.7 g/cm3，可耐压70 MPa。

美国、日本和俄罗斯等国家已经解决了水下6000m用低比重浮力、材料的技术难题，并已形成系列标准。客户可以选用标准部件，也可根据需要提出要求，由公司的专业人员根据使用条件，设计满足耐压要求的各种复杂形状的结构件。固体浮力材料的主要制造商有: 美国的 Emerson ＆ Cuming 公司，Flo-tec 公司;欧洲 Flotation Technologies 公司;英国的 CRP 集团;乌克兰国立海洋技术大学等。研制的固体浮力材料密度从 0.35～0.7 g / cm3不等，压强度 5.5～90 MPa 不等。

2.国内技术发展概况

相对于美国、日本、俄罗斯等深潜技术发达的国家而言，我国深海用固体浮力材料的研究开发起步较晚，与发达国家存在较大差距。国内前期研制的浮力材料一般采用聚氨酯泡沫、环氧树脂泡沫或其他发泡塑料，与国外同等材料相比，成本低，但耐压强度低，浸水一段时间后，会吸水，失去浮力，使用可靠性差，最大工作深度400 m左右。

国内浅海固体浮力材料采用软木、浮力球、浮力筒及合成泡沫塑料或合成泡沫橡胶，所用合成泡沫塑料的密度为0.5~0.6g/cm3，抗压强度为4MPa，深海用固体浮力材料尚无单位研制。

1984 年哈尔滨船舶工程学院研制成功了我国第一代固体浮力材料，称它为泡沫复合材料。它主要采用空心树脂球、空心玻璃微珠、环氧树脂制成。密度为 0.55g/cm3，抗压强度为28.87MPa。用这种方法制作的固体浮力材料，货源有困难，价格昂贵，未能实现工业生产。

原化工部海洋化工研究院于1995年研制开发了化学发泡法轻质复合材料，密度为0.33g/cm3，可潜水深500m，已成功地应用于水下机器人、潜水钟及拖曳天线等深潜用途中，并对1 km、2 km 用可加工轻质复合材料进行了探索试验，取得了突破性进展。

青岛海洋化工研究所开发的SSB-300固体浮力材料，由闭孔聚异氰酸酯-噁唑烷酮泡沫作为芯材，100%固含量喷涂聚脲弹性体（SPUA）作为包裹层组成，适用于水下ROV系统、各种潜器、海底电缆铺设等领域。该材料的密度为0.2-0.35g/cm3，最高破坏强度为7.0MPa,工作压力位0-4.5MPa，4.5MPa静水压下形变率小于0.5%，包覆层抗水渗透性好，耐盐雾、耐老化、耐海水，抗冲击、耐磨损，物理性能优异。SSB-300固体浮力材料芯材的制备：将A、B双组分料混合均匀后，脱泡，导入模具中固化成型。喷涂包覆层要将芯材完全均匀的敷盖，喷涂施工时，环境温度必须高于露点3℃以上，一般应在5℃以上。

目前研制的可加工轻质复合材料，当密度为0.55g/cm3时，可耐压50MPa，用于4.5～5.0km 水深。海洋化工研究院研制的可加工轻质复合材料已经在潜艇救生浮标、水下采矿机、潜艇拖曳天线、潜艇救生舱、潜艇信号浮标、水下机器人、海洋潜标、海底释放浮球等领域得到广泛应用。

2000年国家海洋技术中心开始进行高强度轻质浮力材料的研究，目前已经在配方、工艺、成型技术等核心关键技术方面取得了突破，研究开发的高强度轻质浮力材料已在航天、海洋、国防等诸多领域中得到了广泛的应用。国家海洋技术中心高强度轻质浮力材料性能指标: 密度0.28～0.52g/cm3，抗压强度 5.0～25 MPa，可潜深度500～4000 m，吸水率≤1%，使用温度－45～80℃。

王啟峰，孙春报等采用空心玻璃微珠填充环氧树脂研制固体浮力材料，实验中采用堆积密度0.2～0.4g/cm3，耐压强度小于10MPa 的空心玻璃微珠填充 WRS6101 环氧树脂固化体系，可以获得密度0.61 g/cm3、轴向压缩强度40 MPa 以上的复合材料。

通过以上例子，我们可以得出结论：国内对于固体浮力材料的研究已开展多年，并取得了一定进展。但是，总体而言，浮力材料的密度及耐压强度仍与国外有一定的差距。特别是在制备过程中，采用的多为密度大、强度低的微珠，难于有效降低复合泡沫的密度，也不能进一步提升其强度。3.浮力材料的关键技术-——空心玻璃微珠的研究现状

由于对强度要求较高，所以深潜用固体浮力材料一般采用浮力调节介质（如空心玻璃微珠，毫米级中空塑料球，毫米级空心玻璃球）与高强度树脂复合而成。其中，空心玻璃微珠是最主要的浮力调节介质。特别是在大深度的深海领域应用时，为保证浮力材料具有较高的耐压强度和较大的安全可靠性，往往只能采用空心玻璃微珠与聚合物复合的复合泡沫（syntactic foam，指空心球与粘结料混合而成的泡沫材料）。同时，为获得低密度复合泡沫，提高其浮力，空心玻璃微珠的体积含量都较高，达到60％—70％。因此，空心玻璃微珠对深潜用固体浮力材料的性能具有重要的影响。可以说，只有在制备出低密度、高强度的空心玻璃微珠基础上，才能获得理想的固体浮力材料。

目前，空心玻璃微珠的生产技术主要由国外几个大厂家掌握，如3M、PQ、Emerson及日本的旭硝子公司等。特别是美国的 3M 公司，他们制备的空心玻璃微珠已有多种规格、品种，也有专门用于制备深潜用浮力材料的漂浮系列微珠。该类型的空心玻璃微珠粒子密度一般小于0.2g/cm3，强度则大于7MPa。最近，3M还报道了一种新型号的空心玻璃微珠，其密度为0.6g/cm3，耐压强度超过200MPa，完全可以承受注射、挤出等成型加工过程中的剪切应力。

我国从上个世纪90年代开始开发空心玻璃微珠生产技术，最早由秦皇岛玻璃厂花费数千万人民币引进国外技术，主要采用硅酸钠、硼酸作为主要原材料，利用喷雾干燥工艺造粒，最后经过高温热处理制造出空心玻璃微珠，该项目生产出的产品质量较低。目前国内大多是以此工艺技术为基础生产空心玻璃微珠，此方法生产的空心微珠品种少、强度低、化学稳定性差，只能应用对空心玻璃微珠性能要求不高的行业，为此我国一直向国外寻求高质量空心玻璃微珠的生产技术，但是由于国外一些大公司对技术的垄断，使引进工作进展困难，到目前为止，国内高性能空心玻璃微珠完全依赖进口，大大限制了相关应用行业的发展。国产空心玻璃微珠仍以低强度的高碱含量微珠为主。该微珠的密度尽管符合深潜用固体浮力材料的要求，但强度太低（一般小于4MPa），耐水性也极差（溶于水）。因此，以其为基础制备的固体浮力材料很难满足深潜需求。为了尽快扭转这种现状，开发低密度、高强度空心玻璃微珠的制备新工艺已刻不容缓。

当然，经过科研人员20多年的努力，我国空心玻璃微珠的研发也取得了一些进展，目前已有10多个科研单位以及工厂从事空心玻璃微珠的生产和研制工作。其中由中美投资兴建的北京玻璃二厂自动化玻璃微珠生产线于1998年11月投产，年产量达3000ｔ吨以上，其产品除部分供国内市场外，绝大部分销往国际市场。河北秦皇岛秦玻集团所属的秦皇岛市玻璃微珠厂是国内少数能够工业化生产空心玻璃微珠的专业单位，该厂从德国引进全套设备进行空心玻璃微珠的生产，一些产品的主要技术性能指标已接近或达到了国外同类产品的先进水平。虽然我国已经有一些相关的研究成果，但是只有少数单位能够自主生产空心玻璃微珠，且年产量尚不足万吨。同时，产品的品种较少，规格不齐全，主要以工业抛光珠以及研磨介质微珠为主，对于一些有特殊性能的、适用于特定场合的空心玻璃微珠，如电子级的、高强级的、海洋级的以及各种不同粒径的空心玻璃微珠我国尚不能自主生产，相关的研制技术有待进一步的深入研究。

目前，国内主要生产企业有：汇精亚纳米新材料有限公司，北京微纳超细材料有限公司，青岛海瀚亚纳米新材料有限公司，廊坊市澳澜玻璃微珠有限公司，河南省信阳海平玻化微珠有限公司，天津大港油田四益玻璃制品厂（上述企业产品性能参数略）。此外，秦皇岛三联瑞森玻璃珠有限公司、东营万佳轻质材料厂、唐山市丰润区阳光微珠制造有限公司、山东德润机电设备制造有限公司空心玻璃微珠研究所、深圳市迅泰实业有限公司和深圳市华尔纳特种材料有限公司等单位也在研制生产空心玻璃微珠。

北京航空航天大学粉体技术研究所北京市重点实验室与深圳空微特种材料有限公司合作开发的多功能空心微珠材料主要特性如下：粒度细小、中空球形、抗压强度高、耐火度高、电阻率高、耐腐蚀、热传导系数低、收缩率小。其主要成分为二氧化硅和三氧化二铝，主要物相组成为莫来石、石英和矽线石。经表面改性处理后，与高分子材料、涂料等基体材料结合好、相容性好。

秦皇岛市玻璃微珠厂生产的空心玻璃微珠是由硼硅酸盐原料制成，粒度为10~250um，壁厚为1~2μm的空心球体。该产品具有质轻、热导率低、强度高化学稳定性好等特点，其表面经过特殊处理，具有亲油憎水性，非常易于分散于树脂等有机材料中。鉴于高强度浮力材料的深水应用，第七一五研究所张德志在2003年曾对由北京塑料研究所开发的内填充玻璃微珠高强度复合材料做了静水压实验。在静水压65MPa下，保压3小时，无形变，吸水率增重2%。由此可见，在借鉴国外技术的基础上，进一步加强攻关力度，将会解决耐高静水压低渗透率浮力材料的国产化难题。

五、回顾与展望

从文献资料报道的国内外固体浮力材料技术发展情况分析，目前介绍最多的材料是复合泡沫材料，多采用玻璃微珠复合泡沫材料和轻质合成复合泡沫材料，密度为 0.4 ～0.6 g/cm3。低密度型(d≤ 0.3 g/cm3)，可提供大净浮力的固体浮力材料可采用化学发泡法制备。但全潜式的应用例极少见报道。为达到密度≤0，3g/cm3，同时满足耐压5.5MPa，即500m水深的要求。化学泡沫塑料技术和工艺上面临着强度和可靠性不够以及组面材料的选择和工艺技术两个难题。而且我国在固体浮力材料的研究过程中，高强度复合材料密度都较为偏大，难于提供高载荷、高耐压的大深度浮力材料，因此这部分材料便只能依赖于进口。

通过对比国内外浮力材料的研究开发现状，我们不难发现，我国目前浮力材料领域存在的主要问题是：

1.主要原料高强空心玻璃微珠依赖进口 2.人们对浮力材料制备工艺的认识不足 3.浮力材料的成型固化技术研究不够深入 4.深海浮力材料没有形成生产能力 5.没有权威的检测机构和标准

综上所述，固体浮力材料是一种高技术化工新产品，是一种新型深潜用复合材料，具有很大的适应范围。其低密度型可用于提供较大的净浮力，高密度型可用于深潜，或者将两者的优势结合，这为深潜器的设计提供了很大的方便。为解决上述问题，首先我们需要做的便是研发更轻更强的高性能空心微球。其次，基体的研制也是不可忽略。因为基体对玻璃微珠不仅起到粘结的作用，更起到支撑的作用，对材料的性能有着不容忽视的贡献。而基体的性能不仅受到其组成成分的影响，还与固化成型工艺及采取的其他措施有关，这就需要研究人员进行大量反复的实验验证，任务非常艰巨。研发更高性能的树脂基体对国内先进浮力材料的研制有着非常重要的意义。另外，国家及政府相关部门应加大对于空心球玻璃微珠研究开发的投资，大力支持对于浮力材料的研究与开发。总体来说，我国目前固体浮力材料的发展方向应该是：加大高性能空心微球的研制，同时研发轻质填料和低密度高强度的黏合剂，优化复合工艺，从而研制出密度低、耐压高、可切割的固体浮力材料。

从“蛟龙”号看我国深海浮力材料的发展

“蛟龙”号载人潜水器是中国自行设计、自主集成并独立完成海试的具有国际上最大下潜深度——7000m的尖端产品。

“蛟龙”号是多种高科技、进步材料的集成，其外壳由高强度的固体浮力材料制作而成。该固体浮力材料是由青岛海洋化工研究院自主研制生产。“九五”以来青岛海洋化工研究院承担了“蛟龙号’’浮力材料国产化的研制任务。目前已经形成从水面到水下一碗米全海深用系列化浮力材料制品。研发的产品具有密度低。抗压强度高、耐静水压高、吸水率低且稳定、可机械化加工、耐候性好、对环境无污染等优良特性，性能达到了国际先进水平，在为深海运载作业装备提供正浮力、保证深潜器财产及生命安全等方面发挥关键性作用。

从“蛟龙”号海试任务的圆满完成，也让我们看到了中国浮力材料研制和开发的希望。尽管国外仍对我们保持着技术的垄断。但相信在国内众多研究学者的不懈努力下，我们一定能够实现固体浮力材料的完全国产化，同时满足我国各种水下运载系统、海洋观测系统、海底空间站、海洋石油勘探开发等领域对固体浮力材料的需求。

参考文献

[1] 尹衍生、黄翔、董丽华, 海洋工程材料学，2008年5月，科学出版社。

[2] 张世政，于良民，李昌诚，赵海洲，路艳红, 深潜用固体浮力材料的研究进展，2012年9月。

[3]刘 峰，崔维成，李向阳.中国首台深海载人潜水器——“蛟龙”号[J].中国科学：地球科学，2010，40(12): 1617-1620。

[4]李乐，于良民，李昌诚，赵海洲，于晶,固体浮力材料及其性能研究现状，2012年9月，材料导报。

[5]潘顺龙，张敬杰，宋广智． 深潜用空心玻璃微珠和固体浮力材料的研制［J］． 热带海洋学报，2009，28(4): 17 －21。

[6]张德志，国内外高强度浮力材料的现状，2003年3月。

[7]潘顺龙，张敬杰，宋广智，深潜用空心玻璃微珠和固体浮力材料的研制及其研究现状，热带海洋学报，2009年3月。

[8]陈先，张树华． 新型深潜用固体浮力材料［J］．化工新型材料，1999，27(7): 15－17． [9]王啟峰，孙春报，杜竹玮等． 环氧树脂基固体浮力材料的研制及表征［J］． 精细化工，2005，22(3): 174 －176。

[10]何斌，杨勇，马晓雄.高强度浮力材料的研制 [J].中国塑料，2008，22(10):46–50.。[11]朱志斌，吴平伟． 深海探测用高强度轻质浮力材料的研究与发展［J］.现代技术陶瓷，2009，30(1): 15 －20．

[12]黄微波． 用于固体浮力材料的喷涂聚脲包敷层: CN，1401717［P］．

磁性材料产业发展研究 篇6

【关键词】陶瓷材料；口腔医学；应用现状

【中图分类号】R78 【文献标识码】A 【文章编号】1007-8231（2011）11-1981-01

1 氧化锆陶瓷

1.1 氧化锆全瓷牙修复体

德国Vita公司开发的In- ceram技术是制作高强度、低收缩全瓷冠的技术，也是牙科陶瓷全冠制作中惟一使用其专利技术命名的制作技术。Suarez等认为 In- ceram氧化锆陶瓷后牙固定义齿经过 3 年的临床观察是可以被应用的，但该材料被推荐为局部固定义齿修复方法之前，还需要进行长期的临床研究。此外，Kohal等报道了一个临床应用氧化锆陶瓷为种植体全冠系统成功的病案，并指出能改变灰色牙龈的材料是氧化锆陶瓷。Piwowarczky等认为，3M公司的 Lava All- Ceramic系统（ 是以高强度的氧化锆陶瓷为核心的全瓷修复系统）能广泛地用于前牙和后牙的局部固定义齿修复中。

1.2 氧化锆陶瓷作为根桩的应用

氧化锆陶瓷桩核在Y- Ce- TZP 制作中应用较为广泛，因为这样既可以保留Y- TZP 陶瓷的高强度，又具有 Ce- TZP 陶瓷的高韧性；另一方面 Ce- Y- Mg 复合稳定剂能够对氧化锆陶瓷起到很好的增韧，增强效果。由于其强度高、韧性好，力学性能能够满足牙科桩钉的要求，因此可用于氧化锆桩核的制作。制作过程为预成氧化锆棒做桩核蜡形的核心，包埋铸瓷，试戴粘固同常规。由于氧化锆陶瓷是一种高强度瓷，具有较高的抗弯强度，而与之匹配的特制铸造陶瓷又能于氧化锆桩结合在一起构成瓷桩核，因此不但透光性好，而且力学性能超群。

1.3 氧化锆陶瓷在牙种植方面的应用

在氧化钴陶瓷在牙种植方面的应用中，很多学者认为通过基桩颜色改善美观可以通过设计铝锆可切削基桩，用于修复上颌前牙区的单个牙缺失。这种美观的可切削陶瓷前牙种植基桩是通过氧化铝、氧化钸和氧化锆烧结成一定形态的基桩胚体，可切削加工，然后玻璃料渗透而成。Brodbeck认为，氧化锆陶瓷种植体基台不仅具有良好的口腔材料性质而且具有极佳的生物相容性。Rimondini等体外实验比较了氧化锆陶瓷基桩和纯钛基桩表面变形链球菌、血链球菌、粘性放线菌和牙龈卟啉单胞菌等细菌的定植，发现氧化锆陶瓷基桩表面变形链球菌的定植超过钛基桩，血链球菌更易定植在钛基桩表面。体内实验发现牙周致病菌在钛基桩表面的定植量超过氧化锆陶瓷基桩。Yildirim等研究认为氧化锆陶瓷基台抵抗断裂的能力是氧化铝陶瓷基台的两倍多。

2 纳米陶瓷

2.1 陶瓷在人工牙冠的应用

人工牙的研究虽然多，不过研究的方向比较集中，大部分都是关于陶瓷颗粒及块体的制备方面，而核瓷与饰瓷的匹配性、人工牙与基牙的适合性、动态载荷测量、疲劳测试及临床应用反馈等方面的研究尚待深入进行。可切削纳米陶瓷块的研制和开发使口腔修复治疗更加方便快捷，同时可切削陶瓷块体材料的应用也可拓宽纳米陶瓷的制备方法，有效提高纳米陶瓷材料的力学性能。

2.2 纳米陶瓷种植材料

口腔医学的医疗研究中，种植陶瓷材料主要用于在一些套人工骨骼，关节以及人工牙根种植体等。纳米轻基磷灰石具有良好的生物活性和生物降解性，它和胶原的纳米复合物在种植体降解和替代的过程中可以进行较多的骨改建l1Fl。纳米氧化铝和轻基磷灰石陶瓷材料提高了成骨细胞的功能。氧化铝一氧化错纳米复合陶瓷具有对微裂纹扩展的高度抵抗性，使其可以作为一种瓷关节修复体的可靠性选择国。

3 生物活性陶瓷

生物活性陶瓷是指表面具有生物活性或者具有生物吸收性的陶瓷材料，其主要特点是在生物体内能够诱发新生组织的生长。羟基磷灰石陶瓷、硅酸钙陶瓷、生物活性玻璃等在口腔医学领域应用较广泛。

3.1 磷灰石陶瓷

在口腔医学领域对羟基磷灰石的研究主要集中在材料的制备与临床效果评价等方面。袁捷等将骨髓基质干细胞与珊瑚羟基磷灰石复合制备人工骨，然后把制备的人工骨植入犬下颌骨阶段性缺损部位，32周后观察发现骨修复较好，组织学显示有板层骨形成，连接处骨性愈合；胡图强等研究了纳米羟基磷灰石（富含生长因子血浆复合材料）修复牙槽突裂的生物性能及富含生长因子血浆在其中的作用，实验证明纳米羟基磷灰石具有较好的生物活性；M.Sadat-Shojai等利用羟基磷灰石纳米棒作为填充剂以增强牙科粘结剂的性能，首先借助一种简单的水热工艺制备了高纯度、高结晶度、高表观比率羟基磷灰石纳米棒，将合成的粉体按0%～5%与粘结剂溶液混合，然后利用超声分散均匀，得到牙本质粘结剂，体外力学性能测试显示添加0.2%～0.5%羟基磷灰石纳米棒后粘结剂力学性能获得大幅提高，其微观剪切强度与牙本质相当。

3.2 三钙陶瓷

TCP具有诱导根尖周骨质再生、牙髓钙桥形成的生物学特性，在口腔医学领域得到广泛应用和重视。晓兵等将经过诱导的犬骨髓基质细胞与多孔β-TCP支架复合后植入犬的下颌骨的全层节段性缺损处，评价三维多孔β-TCP修复下颌骨节段性缺损的生物力学，术后6个月进行CT影像学分析，结果显示下颌骨极限缺损区已修复,下颌骨呈连续性,且形态较对照组完美，三维多孔β-TCP复合体起到了形态和功能修复的双重目的，具有控释性能的可注射牙槽骨β-TCP修复材料的体外细胞毒性实验显示，可注射牙槽骨修复材料中β-TCP对细胞的生长和增殖无明显抑制作用、无明显的细胞毒性；文献报道了混悬聚乳酸与TCP复合并用于修复大鼠下颌骨缺损实验，创口观察及组织学观察显示修复缺损处早期有大量纤维结缔组织形成和炎性细胞浸润，之后新生的纤维结缔组织将材料分隔成块状，缺损区出现大量新生骨岛，同时可见丰富的成纤维细胞和成骨细胞。

参考文献

［1］ 崔福齋,郭牧遥.生物陶瓷材料的应用及其发展前景［J].药物分析杂志,2010,30(7).

［2] 崔福斋,郭牧遥. 生物陶瓷材料的应用及其发展前景［J]. 药物分析杂志, 2010,(07) . 

磁性材料产业发展研究 篇7

1 产业集群及其对区域经济发展的作用

产业集群(Industrial Cluster)是在某一特定领域内互相联系的、在地理位置上集中的公司和机构集合。产业集群包括一批对竞争起重要作用的、相互联系的产业和其他实体。产业集群向下延伸至销售渠道和客户,并侧面扩展到辅助性产品的制造商,以及与技能技术或投入相关的产业公司[1]。

产业集群实际上是把产业发展与区域经济,通过分工专业化与交易的便利性,有效地结合起来,从而形成一种有效的生产组织方式,它通过产业与区域的有机结合,以产业链为基础形成有机的分工与协作,通过共享服务、信息、人才资源和基础设施等,获得规模经济和辐射效应,导致该产业在该地区的发展获得较高的生产率,从而在一定范围内具有较强的竞争优势,成为拉动区域经济发展、提高产业竞争力、实现跨越式发展的重要方式[2,3]。

2 自贡市新材料产业集群基本情况

2.1 集群优势初步显现

经过多年积累和发展,目前自贡市新材料逐步形成了金属新材料、高分子合成材料、功能性炭黑及碳石墨材料、精细化工新材料、盐化工新材料和高性能纤维复合材料等六大产业集群。2008年,自贡市涉及新材料研究开发和生产销售规模以上企业有82户,其中核心企业4户、骨干企业5户,新材料企业实现工业总产值178.8亿元,占全市工业总产值比重的27.39 %,比上年同期增长39.28%,实现工业增加值58.7亿元,比上年同期增长30.16%,实现销售总收入168.2亿元,比上年同期增长46.89 %,实现上交税额11.3亿元,比上年同期增长59.15%,实现净利润5.9亿元,比上年同期增长51.28 %,出口创汇4.93亿美元,比上年同期增长30.35 %。

2.2 产业领域广、门类多,综合实力较强、发展势头良好

自贡在特色新材料产业领域具有四川省乃至全国其它城市所不具备的比较优势。经过改革开放30年的发展,已形成以硬质合金及钨钼材料、高性能陶瓷材料、新型电光源材料、纳米材料、特种焊接材料、硅氟高分子材料、医药生物工程材料、功能性炭黑及碳石墨新材料及制品为主的新材料产业格局。产品品种规格上万种,其中,长城牌硬质合金、晨光牌氟橡胶等25个产品荣获中国名牌产品和四川名牌产品,占全市名牌总数的45%,呈现出产业领域广、门类多、综合实力较强、产业链条延伸度长的特点,并展现了良好的发展势头。

2.3 产业园区成为产业聚集的重要载体

自贡市政府围绕打造一流的国家新材料产业基地,探索一个特色新材料基地、多个特色新材料产业园区,即“一基地多园区”的运行模式。经过国家、省、市的合力精心打造,基地建设取得了重大突破,“一基地多园区”的发展空间布局已形成。基地将以聚集新材料企业群和产业群为主体的自贡高新技术产业园区20km2工业集中区、富顺晨光硅氟高分子合成材料40km2工业集中区、有色金属园区以及自贡至富顺新材料产业带为载体,促进企业聚集、产业聚集,加快新材料产业发展。

3 目前自贡产业集群发展中存在的主要问题

3.1 总体处于产业集群初级形态

与发展较快的我国东部地区相比,自贡新材料产业园区虽然在集聚各种生产和创新要素方面逐渐显现出一定的优势,取得了初步的成果,但其建设还只是初具雏形。产业龙头企业少,规模不大,带动力不强。如晨光工业园区的龙头企业中昊晨光化工研究院2007年产值仅7亿元左右,规模仍然偏小,产业带动能力有限。部分工业园区产业集群层次较低,具有优势且较完整的产业链少。

3.2 产业集群的创新能力需进一步加强

自贡新材料产业经过多年的发展和积累,已经具备一定的基础和发展优势,拥有中昊晨光化工研究院、中橡炭黑工业设计研究院、四川理工学院等一批国家级、省级知名科研院所和重点企业,承担了一批国家、省重大科技项目,其技术水平处于国内领先,一些关键技术达到国际水平,并拥有一批自主知识产权。然而,多数企业规模小,创新意识不强,自主研发能力较弱,缺乏核心竞争力,高新技术企业发展缓慢、产业规模小,以企业为主体的自主创新体系还未完全形成,产品多数还是一些低附加值的中低端产品。

3.3 新材料产业园区的聚集功能还需要进一步完善

近年来,自贡市在新材料产业园区管理机制体制、基础设施和软硬件环境建设以及招商引资等方面做了大力工作,取得了明显成效。但总体来说基础条件还比较差,对外主要通道还在加快建设过程中,有的重大基础设施还处于前期工作阶段,特别是园区的聚集功能还需进一步完善。

4 加快自贡新材料产业集群发展的对策建议

4.1 发挥龙头企业的辐射作用

龙头企业是培育和发展产业集群的关键[4]。选择一批发展潜力大、优势突出的企业,有针对性地支持其滚动发展,加速企业的快速裂变,发挥产业龙头企业的辐射示范、信息扩散和销售网络作用。如以自贡硬质合金公司为主体,形成硬质合金新材料产业化区域;以晨光化工研究院为主体,形成高性能、高分子合成材料产业化区域;以炭黑工业研究设计院为主体,形成新型炭黑功能材料产业化区域;以大西洋公司为主体,形成特种焊接材料产业化区域。发挥龙头企业的集聚带动效应,增强竞争优势。

4.2 增强产业集群的自主创新能力

产业集群的形成与发展,有赖于区域的创新环境的培育。自贡市政府需制定有利于产业集群和区域创新相关政策,支持高等院校、科研机构和大中型企业在开放合作的大背景下,有效整合创新资源,开展创新合作,加快形成有利于释放科技优势和潜能、加快科技进步和自主创新的体制机制。不断增强大型企业和龙头企业的研发能力,使之尽快成为产业集群创新技术和壮大经济的生长点,实现技术创新在产业集群内部的整合和资源共享。

4.3 创造产业集聚条件

大力推进产业园区建设,引导园区发展规划与产业集群发展规划相衔接,完善园区基础设施,突出建设产业发展公共服务平台,创造良好产业发展环境。支持产业链项目招商,以现有的产业集群所处产业链的层次为导向,围绕龙头企业延伸产业链、推进相同、相近产业项目的集聚,促进形成一批特色明显、优势突出、带动力强的产业集群。产业集群既依托大企业整合带动中小企业,加强产业内上下游企业的配套协作,也可以聚集一大批中小企业实现规模发展,中小企业以其灵活的经营手段、独特的信息渠道、家族式联动方式,在产业集群兴起发展中能够发挥重要作用。

参考文献

[1]波特.国家竞争优势[M].北京:华夏出版社,2002:2.

[2]张忠德.产业集群在区域创新系统中的核心作用探讨[J].科技与经济,2006,19(3):22-25.

[3]GIANCARLO CORO,RONERTO GRANDINETTI.Evolu-tionary patterns of Italian Industrial districts[J].Humansystems management,1999(18):117-121.

我国高分子化工材料发展研究 篇8

关键词：高分子,化工材料,发展,新型技术

高分子化工材料最早出现在上世纪的三四十年代, 他的出现标志这化工这个产业的飞速发展, 也意味这化工材料的应用将会成为现代化生产中最重要的一个环节。高分子化工材料在高分子化学的研究中也得到了不断的发展, 当前, 化学行业的发展就得益于高分子化工材料在不同领域的多年实践的成果, 所谓前人种树后人乘凉, 经过这么多年相关从业者的不懈努力, 高分子化学材料的应用范畴也在逐步的扩展之中, 新材料的不断发现, 也扩大了这个领域的应用价值, 高分子化工材料越来越被广泛的运用, 因此下文我们将着重的分析我国高分子化工材料的发展和前景进行相应的探讨。

1高分子化工材料的发展情况

在科技不断发展的当今社会, 科技是第一发展力。现代化的进程中, 工业发展得到长足的进步的同时, 新鲜的领域也在萌芽之中, 因为传统的资源的开采已经让地球伤痕累累, 因此, 开发新能源的任务可以说是当务之急。开发出可持续、绿色的能源是我国科学发展观的重要任务。传统的资源的开发已经呈现出低迷的状态, 在这种大背景下, 让科研成果朝着可持续发展的资源转型, 也是非常合理的。另外, 保护环境被越来越多的提到, 如何在绿色健康发展经济的基础上, 保证效率问题, 甚至提高效率是现代化发展的一个总体目标。也是经济发展的一个目标。

1.1稀土催化剂的发展现状

稀土催化剂是我国高分子化工的重要化工材料, 有着良好的前景和发展状况。他的主要成分主要由轻稀土构成, 在以稀元素为基础的材料中, 有着十分重要的地位。随着我国稀土资源的开采, 这种资源可以说大量的出现在我国。相应的, 我国应用的却十分少, 大量的稀土资源与我国对稀土资源需求量的减少是稀土催化剂在高分子化工材料的发展中极不平衡的原因之一。科学发现, 稀土催化剂是一种十分高效的高分子护工材料, 主要体现在他的利用率上, 这也间接的证明了他的性能优越以及大量运用的可能性。因此我国的稀土催化剂发展依据的就是大量的需求量很少的稀土资源的运用, 提高高分子化工材料的利用率, 生产工艺炉火纯青, 绿色的特点。在中国大量的开采与发展。

我国运用稀土资源主要是考虑到他的高效性的钙钛矿催化材料, 从整体来进行实验研究。科学的发展也带动了他发展相关的一些材料的动力, 例如也是由轻稀土组成的分子筛稀土催化材料、铈锆固溶体催化材料等几大类的材料的具体运用, 促进了稀土资源在中国建设性的作用, 而他们的耐高温的特征也从别的角度提供了他们在工业生产中其他领域的应用可能。

1.2聚乙烯材料的发展现状

聚乙烯是乙烯在加剧反应之后形成的高分子化合物, 由于他的价格低廉、资源丰富而得到工业发展的青睐, 成为如今非常重要的一种高分子化工材料, 人们在超市用到的朔料就是这种聚乙烯在实际生活中的最典型的运用案例。

上世纪以来, 中国的科学院就一直在研究聚乙烯的应用问题, 指导上世纪的八十年代, 已经取得了一定的进展, 聚乙烯已经得到了应用, 在不同大量的聚乙烯与我国对聚乙烯资源需求量的减少是稀土聚乙烯在高分子化工材料的发展中极不平衡的原因之一。科学发现, 聚乙烯是一种十分高效的高分子护工材料, 主要体现在他的利用率上, 这也间接的证明了他的性能优越以及大量运用的可能性。因此我国的聚乙烯剂发展依据的就是大量的需求量很少的聚乙烯资源的运用。目前, 我国的开始使用金属催化剂用来合成聚乙烯, 已经取得了初步的进步。

2高分子化工材料实际用途研究

2.1高分子化工材料在生物医用材料的实际用途

上个实际的七八十年代, 有这么一群人, 把第一代的医用材料带入日常医疗的环节中进行实践, 取得了突破性的进展。 所谓前人栽树后人乘凉, 上个实际八十年代以后, 生物医用材料的可降解性已经在临床上得到了应用, 考虑到他们强大的生物活性、低廉的价格、丰富的生物医用资源。在如今的医院已经成为了一种不可或缺的资源。而且我国的关于医用高分子化工材料生产周期太长, 对比发达国家的医用高分子化工材料, 还远远达不到他们的稳定性。

就目前而言, 虽然生物医用高分子化工材料已经取得了一定的进展, 但总体而言还是在探讨实践的阶段, 不能说完全的运用自如了, 在认识上还有所欠缺, 这就导致了中国医用高分子化工材料与国际医用高分子化工材料的差别, 首先, 较国际上医用高分子化工材料, 中国的医用高分子化工材料的生产率更地下, 其次, 再利用率上, 中国的医用高分子化工材料也远远不如发达国家的医用高分子化工材料利用率高, 这个差距需要我们每个人重视, 特别是相关从业人员, 院方, 都要进行长期的探索和实践, 力求突破。而从国家角度考虑, 则要扶持相关的产业链的形成, 让中国医用高分子化工材料质量标准提高, 产量增加, 这样才能从大局着眼推动我国整体生物医学的发展。

2.2高分子化工材料在医学上的用途

高分子化工材料在医学上也是有一定运用, 生物组织的替换就是一个重要的方面。以前的医学技术是对器官组织破坏毫无办法, 如今, 这个问题因为高分子化工材料的发展而提供了实现的可能。人造器官, 修复器官的材料的出现为这个问题的解决提供了依据。逐渐高分子化工材料分离出一个新的学科, 医用材料学, 从另一个角度证明了高分子化工材料在医学上的重要性。

高分子化工材料在医学上的应用, 主要集中在生物医用的领域上, 这似乎是医学界早有定论的一个事实, 作为当代材料学科的重要分支, 主要通过人工合成和天然降解两个类型, 可降解的成文是生产成本低廉的稀土资源, 两种类型都是可降解型的外界生物分子结构, 具有聚乙烯等的医用材料。

2.3高分子化工材料聚乙烯的实际应用

聚乙烯材料的研究成为了未来高分子化工材料应用的热点问题。他的低廉性、丰富性也是国内外相关专家对聚乙烯化工材料有信心的根据。那我们下文就探讨这种便捷高校的高分子化工材料在实际用途上的一些案例。科学发现, 聚乙烯是一种十分高效的高分子护工材料, 主要体现在他的利用率上, 这也间接的证明了他的性能优越以及大量运用的可能性。因此我国的聚乙烯剂发展依据的就是大量的需求量很少的聚乙烯资源的运用。目前, 我国的开始使用金属催化剂用来合成聚乙烯。在实际应用中多数用在一次性的用品当中, 如包装袋等。问题是, 聚乙烯的应用可以从更高的目标出发, 例如汽车、 火车轨道的合金合成方面, 就是聚乙烯未来发展的主要可能。

2.4高分子化工材料稀土资源的实际应用

稀土元素具有独特的化学性能, 以稀土资源为材料的高分子化工材料在信息、生物、新能源上都起到相当重要的作用。 稀土资源主要是考虑到他的高效性的钙钛矿催化材料, 从整体来进行实验研究。科学的发展也带动了他发展相关的一些材料的动力, 例如也是由轻稀土组成的分子筛稀土催化材料、铈锆固溶体催化材料等几大类的材料的具体运用, 促进了稀土资源在中国建设性的作用, 而他们的耐高温的特征也从别的角度提供了他们在工业生产中其他领域的应用可能。大量的稀土资源与我国对稀土资源需求量的减少是稀土催化剂在高分子化工材料的发展中极不平衡的原因之一。科学发现, 稀土催化剂是一种十分高效的高分子护工材料, 主要体现在他的利用率上, 这也间接的证明了他的性能优越以及大量运用的可能性。 因为如此, 稀土催化剂才能在现代的工业发展中起到如此大的成果, 不但满足了多个领域对高分子护工材料的需求, 还能节能减排, 是一种非常可靠的新能源。正因如此, 他才被广泛的运用在各大领域里面, 展现他性能方面的优越, 在农业、医学、 生物等都得到了进一步的研究。

2.5高分子化工材料在太阳能方面的应用

高分子化工材料在太阳能领域等新能源方面都有深刻的实践与应用。特别对于太阳能来说, 高分子化工材料有着自己独特的优势, 如在封锁技术专利的国际环境中, 太阳能的开发符合中国可持续发展的宏观经济策略, 因此受到了国家的大力扶持, 作为一种可再生的情节能源, 高分子化工材料在太阳能开发上有着深刻的意义和发展的空间。目前, 他的制品在汽车、家电上有两种分类方式, 晶体硅片和薄膜。虽然他们还没有的到充分的发开和利用。但是他们因为价格低廉、开发的工艺较为简单, 仍然具有巨大的市场价值。

自从在ziegler~ natta/茂金属复合型催化剂中发现聚烯烃~ 聚合物太阳能电池得到了较大的发展。这种结构在今后的运用中的到了广泛的应用, 极大的发展之后的几年里, 编程系统芯片/光敏活性层形态本体异质结器件已成为美国国防先进研究项目局CARPA ( Defenced Research Projects Agency) 的简称研究的主流。共轭聚合物光伏材料的最高能量转换效率到2015年时已达到89.5%。他的缺点也十分的明显能量的转换率地就是他的一个可以入手研究的方面。

2.6高分子化工材料在膜技术上的应用

膜技术是通过高分子化工材料的发展逐渐发展起来的, 可以说, 高分子化工材料是膜技术发展的基石与风向标。同样, 膜技术在高分子化工材料有着自己独特的优势, 如在封锁技术专利的国际环境中, 膜技术、膜材料的开发符合中国可持续发展的宏观经济策略, 因此受到了国家的大力扶持。近几年来, 膜技术的应用就发生在我们中间, 以肉眼可见的速度取得了突破性的进展, 比如, 随处可见的矿泉水, 就是利用膜技术的去杂质的效果。保存牛奶, 利用了膜技术的分离效果, 让保存牛奶比传统的方法更简单容易了, 因为膜技术有除菌杀毒的作用。

3结语

提升高分子化工材料在资源节约、环境友好型社会建设中的贡献力度, 造福于国家、造福于人类。同时, 高分子化工材料他们的价格多为低廉, 资源相对丰富, 便于利用的特点也成为相关从业者关注的焦点, 当前, 化学行业的发展就得益于高分子化工材料在不同领域的多年实践的成果, 经过这么多年相关从业者的不懈努力, 高分子化学材料的应用范畴也在逐步的扩展之中, 新材料的不断发现, 也扩大了这个领域的应用价值, 高分子化工材料越来越被广泛的运用。

参考文献

[1]乔金樑.聚烯烃材料的研究开发进展[J].中国材料进展, 2012, 31 (2) :33~37.

[2]乔金樑, 张师军.聚丙烯和聚丁烯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2011.

[3]张师军, 乔金樑.聚乙烯树脂及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2011.

[4]T.A.Wolf, et al.Adsorption of organic pollutants on montmo-rillonite treated with amines.Clays and Clay Minerals, .1985

[5]K.R.Srinivasan, H.S.Fogler, et al.The removal of trace levelsfrom water by sorption on modified clay.Environmental Progress, 1985

[6]Yun~Hwei Shen.Removal of phenol from water by adsorp-tion~flocculation using organobentonite.Water Research, 2002

[7]胡萍, 姜明, 简丹, 马定桂.高分子化工专业实验模式统一体研究[J].理工高教研究, 2005 (06)

压电材料的研究发展方向和现状 篇9

自19世纪80年代居里兄弟首先在石英晶体上发现压电效应后,压电材料的研究和发展就迅速展开。压电材料是一类重要的、国际竞争极为激烈的高技术新材料,在信息激光、导航和生物等高技术领域应用广泛。2000年全球压电陶瓷产品销售额约达30亿美元以上,近几年压电陶瓷在全球每年销售量按15%左右的速度增长。压电材料作为机、电、声、光、热敏感材料,在传感器、换能器、无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用,世界各国都高度重视压电陶瓷材料的研究和开发。

目前压电材料国内外主要研究和开发的热点是:

1 弛豫型铁电单晶

近年来,对弛豫型铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-x Pb Ti O3(缩写为PMN-PT)的研究非常引人关注[1]。弛豫铁电体(1-x)Pb(B1B2)O3-xPb TiO3(B1=Mg,Zn,Ni,Fe,Sc,In;B2=Nb,Ta,W)是具有复合钙钛矿结构的赝二元固溶体。复合钙钛矿结构的化学通式为:A(B′B″)O3和A′A″(B′B″)O3,以铅基复合钙钛矿型结构为例,A位离子为Pb2+;占据晶格B位的为复合离子,其中B′为相对较低价阳离子,如Mg2+、Zn2+、Ni2+、Fe3+、Sc3+等,B″为相对较高价的阳离子,如Nb5+、Ta5+、W6+等;此类结构以Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(PMN),Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(PZN),Pb(Sc1/2Ta1/2)O3(PST)等为代表。20世纪80年代初,J.Kuwata[2]等用助熔剂法生长出了能用于压电性能表征的PZN-PT单晶,其压电性能已经远远高于PZT压电陶瓷。1990年,Shrout和Zhang[3]等用熔剂法生长出15mm的PMN-PT单晶,d33达到1500pc/N。1994、1995年,日本Toshiba公司的Yamashita和Saitoh向美国申请了利用弛豫铁电单晶的超声探头专利[4]。1996年,Shrout等用助熔剂法生长出尺寸达20 mm的PZNT单晶。1997年国际上在弛豫铁电单晶体的研究上取得了突破性进展,T·Kobayashi等用改进的助熔剂法生长出了最大尺寸为43×42×40mm的PZNT单晶,其机电耦合系数k33高达92%以上,压电系数d33达2000x10-12C/N,[001]方向上的电致应变为1.7%,几乎比压电陶瓷应变高一个数量级,储能密度达到了130J/kg。1996年以来,中科院上海硅酸盐研究所在国际上率先采用改进的Bridgman方法,直接从熔体中成功地生长出了大尺寸高质量的PMN-PT单晶[5],图1为上海硅酸盐研究所生长的PMNT单晶样品,及其场致应变曲线。据美国国防部海军研究办公室(ONR)估计,新型压电单晶不仅在医用超声设备中每年可以直接产生20亿元的效益,而且在声纳系统中的水声换能器中有非常重要的应用。从1997年开始,美国海军组织了PMN-PT单晶及其声纳应用方面的许多高强度的研究项目。2002年H.C.材料公司制备和发展了PMN─0.27~0.30PT(用于大信号)和PMN─0.30~0.33PT(用于小信号)两种成分的PMN─PT材料.表1为小信号下PMN-PT单晶和PZT陶瓷的性能比较,表2为大信号下PMN─PT单晶和PZT陶瓷的性能比较[6]。从表1和表2可以发现弛豫型铁电单晶材料具有高的d33、g33、k33、εT33和较低的电损耗,可用于高效率发射和高灵敏度接收水声换能器,可以大大提高水听器和鱼雷探测器的探测距离,提高国家的国防能力,另外他还可以应用在大应变的驱动器、微位移器、机器人等场合[6]。弛豫型铁电单晶这类材料批量生产的成功必将带来压电材料应用的飞速发展。

2 压电复合材料

压电陶瓷的强压电性在水听器应用中未能得到有效的发挥,作为水听器应用的压电材料要求有较大的静水压压电常数:gh=dh/ε33=(d33+2d31)/ε33,但是,压电陶瓷的d31与d33符号相反,而且d31近似为d33的一半,加之ε33很大,这就使得压电陶瓷的gh非常小;其次,水听器材料还要求柔软弯曲,耐机械冲击,其声阻抗易于和水匹配等优良的特性。为了适应这种需要由压电陶瓷相和聚合物相组成的压电复合材料在本世纪70年代发展起来。由于柔性聚合物相的加入,压电复合材料的密度、声阻抗、介电常数都降低了;而复合材料的优值和机电耦合系数却提高了,这使压电复合材料在水听器、生物医学成像、无损检测、传感器等诸多方面被广泛用作换能器。1972年,日本的北山-中村试制了PVDF-Ba Ti03的柔性复合材料,开创了压电复合材料的历史。70年代中后期,美国宾州大学材料实验室开始研究压电复合材料在水声中的应用,并试制了1-3型压电复合材料。R E Newnham、D P Skinner、K A Klicker、T R Gururaja和H P Savakus等人进行了大量的理论和实验研究工作,测试了不同体积含量的压电复合材料的特性[7,8]。80年代以后,美国加州斯坦福大学的B A Auld、Y Wang等人建立了PZT柱周期排列的1-3型压电复合材料的理论模型、并分析了其中的横向结构模。压电复合材料的出现引起了国内一些研究机构的关注,主要有中科院声学所的庄泳缪等研制出用于制作宽带换能器的3-3型复合材料,南京大学的水永安等参与制作了1-3型复合材料的理论研究工作,北京大学的栾桂冬等用0-3型复合材料制作了水听器,中科院声学所的耿学仓等研制出了1-3型和2-2型复合材料,并制作了用于无损检测水浸探伤和岩性测量的纵波、横波换能器等。

压电复合材料出现至今,对它的研究和应用已经有了相当的进展,但它毕竟还是一个新生事物,它的完整理论还没有建立起来,它的应用开发更是没有充分挖掘出来。当前,压电复合材料有如下发展趋势:

1)开发连接类型;按压电陶瓷相和聚合物相在复合材料中的分布状态,可将压电复合材料分成10种连接类型。为了实际应用和器件小型化,一些混合连接类型和新连接类型的复合材料被开发出来。常长久等将并联2-2切割后按45°方向拼接制成了面切变型压电复合材料及其换能器,另外他们将具有厚度模振动的1-3型和具有扭转振动的2-2型拼接在一起,构成了一种新型的混合模式的压电复合材料,由这种复合材料制成的换能器能同时发射和接受纵波和横波。

2)改进成型工艺;成型工艺直接影响压电复合材料的性能,所以探索新工艺是压电复合材料研究的一个重要方面。R.Fries等人制备的各向异性的PZT/聚合物系统,在PZT含量为60%(体积分数)时,0-3复合材料的d33,d h分别为30 pC/N和100 pC/N,计算得到的gh为83m V·m/N.Kwonhoon Han等人采用胶体制备的0-3型复合材料,其压电系数d33,dh和gh分别为65pC/N,41 pC/N,145m V·m/N[9]。脱模法、注模成型法、遗留法、层压法、纤维编制法、共挤法等可获得精度在50~100μm甚至20μm左右的精细结构,为更精密的压电复合材料的生产提供了可能。

3 高居里温度压电陶瓷

随着现代科学技术的发展,原子能、能源、航空航天、冶金、石油化工等许多工业和科研部门迫切需要能够在更高的温度下工作的电子设备。众所周知,PZT基压电陶瓷的Tc一般为300~360℃,不能满足某些应用的需要,研制一些具有优良压电性高居里温度Tc的压电陶瓷成为研究的热点。目前关于高温压电陶瓷的研究主要集中在BiScO3-PbTiO3(BSPT)、碱金属铌酸盐和具有非钙钛矿结构的偏铌酸铅三种体系。

3.1 BiScO3-PbTiO3(BSPT)体系

2001年,Eitel[10]等将PbTiO3同BiScO3复合,第一次制备出居里温度高于PZT且压电性能同PZT相当的BiScO3-PbTiO3(BSPT)压电陶瓷。表3给出了(1-x)BiScO3-xPbTiO3体系陶瓷的压电性能[11]。BSPT体系在MPB处具有高居里温度Tc(450℃)、高介电以及压电性能,处于MPB处的0.36BiScO3-0.64PbTiO3的d33=460pC/N,kp=0.56压电性能优异。由于BSPT的居里温度Tc比PZT的高将近100℃,因此BSPT可以比PZT在更高的温度下使用[12,13]。

3.2 碱金属铌酸盐体系(1-x)LiNbO3-x(Na,K)(NbyTa1-y)

具有高居里温度是碱金属铌酸盐铁电材料的一个共同特点,但是另一方面,纯RNbO3(R=Li,Na,K)陶瓷是很难在大气中通过常规烧结得到。这是因为碱金属氧化物在高温下有一定的流动性,这从一定程度上影响了烧结陶瓷的结晶性能及陶瓷的致密性。2004年到2005年,材料科学家们利用新型制备技术如反应晶粒定向生长技术(RTGG)成功制备了居里点Tc=450℃,d33=230p C/N的(1-x)Li Nb O3-x(Na,K)NbO3体系高温压电陶瓷材料[14,15],使得(1-x)LiNbO3-x(Na,K)NbO3陶瓷体系成为了新的高居里温度压电陶瓷材料研究的热点之一。

3.3 铁电体偏铌酸铅体系PbxBa1-xNb2O3+TiO2+Me2+

具有非钙钛矿型结构的铁电体偏铌酸铅与钙钛矿型压电陶瓷相比具有两个突出的特点,一是材料具有高居里温度Tc=570℃,且经受接近居里点的高温而不会强烈的去极化;另一个突出特点是特别低的机械品质因素Qm.另外它的压电系数各向异性高,对静水压有高的响应,因此偏铌酸铅压电陶瓷材料特别适宜作宽带、耐高温耐高静水压的换能器。1996年上海硅酸盐研究所的周家光和李承恩等报道了他们研制的偏铌酸铅型压电陶瓷PNC-3,其居里温度高达562℃,而且能承受400℃的高温环境作用而基本上不退极化[16]。由于偏铌酸铅在1250℃附近发生相变,高温区为斜方晶系铁电相,低温区为菱面体晶系的非铁电相,必须在1250℃以上保温后,再通过急冷,在室温下才能保持铁电相,但是样品易破裂,所以难于获得尺寸大又相当致密的优良压电陶瓷。上海硅酸盐研究所的虞孝栋[17]针对上述问题将偏铌酸铅改性,并在保持纯偏铌酸铅性能的条件下获得了大尺寸的材料(Φ50×10mm圆片和140×50×10mm长条片),其居里温度约550℃。表4和图2为丹麦的Ferroperm公司的Pz35型偏铌酸铅压电陶瓷的性能和微观结构图,从图中可以发现瓷体并不是非常致密。综合上述论述我们认为,在保持高的居里温度的情况下如何获得致密的陶瓷体是制约偏铌酸铅大批量生产的关键。

4 三元及多元系压电陶瓷

PZT压电陶瓷不断改进,逐趋完美。以锆钛酸铅为基础,用多种元素改进的三元系、四元系压电陶瓷也都应运而生。目前发展得比较成熟的有三元系如:PMN-PZT、PMN-PZN-PT,四元系如:PMN-PZN-PZT、PLN-PMN-PZT、PZN-PNN-PZT[18,19,20]。多元系压电陶瓷能够弥补低元系陶瓷性能单一的缺陷,具备压电、介电和机械性能比较全面的优点,应用领域更加广泛。大功率压电陶瓷材料是以高机械品质因数(Qm)、机电耦合系数(Kp)和低介电损耗(tanδ)等为特征的综合性能优越的压电陶瓷,在近些年成为压电陶瓷材料领域里研究的热点之一。纯的PZT材料的Qm和Kp是一对相互制约的因素,一个高,另一个必然低。所以目前在大功率压电材料的研究领域当中,研究者的目光大都集中在锑锰酸(PMS)、铌锰酸铅(PMN)、铌锌酸铅(PZN)等组元和PZT组成的三元、四元或多元系的研究上。具体的例子如Pb(Mg1/3Nb2/3)0.059(Mn1/3Nb2/3)0.066Zr0.549Ti0.41603[21,22],Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-Pb Ti O3-Pb Zr O3[23],Pb(Ni1/2W1/2)O3-Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3[24],Pb(Mn1/3Nb2/3)y Pb(Zn1/3Nb2/3)xPZT[25](1-x-y),Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PZT[26]。本实验室对Pb(Ni1/2W1/2)O3-Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-PZT体系进行了研究,获得了εr=1916,Kp=0.557,Qm=1249,tanδ=0.469%的新型大功率压电材料。从上面的例子中我们可以发现,大功率压电陶瓷从成分来说都是以PZT为基体,弛豫铁电复合体作为改性组元来调整其性能。同时大量研究也表明,各种弛豫铁电体与PZT陶瓷相组合,以及对这种系统的压电陶瓷进行离子置换和掺杂改性,可获得高介电、高压电性能,这使得压电陶瓷的研究前景更为广阔。

5 压电薄膜

随着电子器件的小型化以及新的微电子机械(MEMS)和创建新型电子器件,实现电子器件概念上的突破等都在很大程度上推动从体材料研究转向薄膜。20世纪90年代初兴起的铁电薄膜发展十分迅速,薄膜的制备方法主要有射频磁控溅射法、溶胶凝胶法(solgel)、金属有机物化学气相淀积(MOCVD)、脉冲激光沉积(PLD)、分子束外延(MBE)、液态源雾化化学沉积(LSM-CD)等。溶胶-凝胶法的优点是能够与光刻工艺兼容,可以制备大面积的涂层,能准确的控制膜的组分,制作成本低,并且也可以制备厚膜的块体陶瓷[27]。2000年日本学者Z.J.Wang,R.Maeda,K.Kikuchi采用三步热处理过程在Pt/Ti/SiO2/Si基体上利用sol-gel法制备了PZT薄膜,研究了薄膜的晶粒定向和薄膜厚度以及基体对薄膜晶粒定向的影响[28]。

6 细晶粒压电陶瓷

以往的压电陶瓷是由几微米至几十微米的多晶粒组成的多晶材料,在高频器件以及超低压致动器和微机电系统应用方面,这样的粒径已接近期间规格尺寸,所以传统的粗晶粒压电陶瓷已不能满足需要了。减小粒径至亚微米级,可以改进材料的加工性,可将基片做得更薄,可提高阵列频率,降低多层器件每层的厚度,从而降低驱动电压,这对提高叠层变压器、致动器都是有益的。减小粒径由上述如此多的好处,但同时也带来了降低压电效应的影响。为了克服这种影响,人们更改了传统的掺杂工艺,做了大量工作,促进畴壁的移动,使细晶粒压电陶瓷压电效应增加到与粗晶粒压电陶瓷相当的水平。近年来,人们用细晶粒压电陶瓷进行了切割研磨研究,并制作了一些高频换能器、微致动器及薄型蜂鸣器(瓷片20~30μm厚),证明了细晶粒压电陶瓷的优越性。随着纳米技术的发展,细晶粒压电陶瓷材料研究和应用开发仍是近期的热点。

7 无铅压电陶瓷

目前所用的压电陶瓷绝大部分为铅基压电陶瓷。近年来,随着环境保护和人类社会可持续发展的要求,发展环境协调性材料(绿色材料)及技术是材料发展的趋势之一。目前对BaTiO3、钛酸铋钠(BNT)、铋层状结构以及铌酸盐四大类无铅压电陶瓷体系进行了大量的研究和开发工作。日本在无铅压电陶瓷的研究和开发上,论文和专利的数量最多,在世界上占主导地位。在我国,无铅压电陶瓷的研究也极为活跃,中国科学院上海硅酸盐研究所于2001年成功地开发了钛酸铋钠基无铅压电陶瓷系列(1-x)Na1/2Bi1/2TiO3-xBaTiO3,研究表明x=0.06时其压电性能最好[29]。但总体上讲,无铅压电陶瓷的性能与铅基压电陶瓷相比,还存在较大的差距,要获得与铅基压电陶瓷性能相近的无铅体系,还需要进行大量深入的研究工作。

基于绿色包装材料应用和发展研究 篇10

1 绿色包装材料的概念

绿色包装材料之所以称之为绿色, 就是因其对环境的友好, 主要是指在包装材料的选择、生产、加工、使用以及回收过程的整个生命周期中, 对外界环境无污染、对人体无损害, 易降解、可循环使用的包装材料。这种材料有别于传统包装材料, 在环境严重污染的今天, 应当提倡普遍使用。

2 绿色包装材料的特点和应用

常用的绿色包装材料有纸质包装材料、可降解包装材料、可食性包装材料等。

2.1 纸质包装材料

纸质包装材料的原材料来源广泛, 在自然界容易降解, 并且可回收生产再生纸等, 因此比传统的包装材料对环境更加友好。目前纸质包装材料引用最多的领域是在缓冲包装材料领域中, 作用是防止产品在运输过程中被冲击损坏等, 常见的纸质包装材料有以下几种:

2.1.1 纸浆模塑包装材料

纸浆模塑包装材料是采用废旧纸箱边角料、报纸以及各种植物纤维为原材料, 在模塑机上成型得到的包装制品。由于原材料来源较为广泛, 且原材料多为废弃物品, 因此从原材料方面提现出绿色的特色;另外, 由于加工过程中成型技术为干燥成型、吸附成型等, 不产生废水、废气, 整个生产过程中对环境基本无污染;而且包装产品体积小、缓冲性能好, 因此可广泛用于一次性餐盒、易碎食品防震以及各种高性能纸箱等方面, 是目前发展较为迅速的绿色包装材料。

2.1.2 蜂窝纸板包装材料

蜂窝纸板是利用仿生学原理, 将再生纸浆在成型机上成型成蜂巢状的正六边形结构而制成的包装材料。由于采用了六边形结构, 一方面使原材料的消耗更少, 另一方面其力学性能也更佳, 具有轻质、抗压、缓冲性能好、高强、低成本、可循环利用等优点, 可广泛用于各种精密仪器、易碎物品的包装上, 是一种较为高级的绿色包装材料。

2.2 可降解包装材料

由于传统的包装材料采用最多的是塑料制品, 而这些塑料制品带来的环境污染已经引起了世界各国政府和科技工作者的高度重视, 因此, 开发出性能好又可降解的塑料包装材料就成为了一个发展方向。所谓塑料的可降解, 就是指在自然环境中, 在阳光、空气、水等自然力的作用下, 使塑料制品的化学结构发生变化, 从而与环境相融合的过程。

要使塑料制品可降解, 可以在原材料上寻求突破。由于各种有机化学材料与环境几乎不存在溶解反应, 因此必须采用可在环境中自行腐烂、降解的物质作为原材料。如在澳大利亚有一家企业就是用玉米淀粉为原材料, 开发出一种新型的塑料包装制品, 这种塑料可与水发生缓慢的溶解现象, 即使随意丢弃也不会对环境造成危害, 已经用于各种食品的包装袋中。

目前已经得到应用的可降解塑料制品主要有生物降解塑料、合成光降解塑料、添加光敏剂的光降解塑料以及采用多种复合技术具有多种功能的降解塑料。由于这些塑料制品对环境友好, 因此在未来的包装材料领域中具有广阔的应用前景。

2.3 可食性包装材料

顾名思义, 可视性包装材料就是指包装材料在实现了包装功能之后可以转化为食品的包装材料。由于其具有可食用的特点, 使包装材料可以做到完全的无污染, 并且提高了材料的利用率。根据原材料的不同, 可食性包装材料分为淀粉类包装材料、蛋白质类包装材料、多糖类包装材料、脂肪类包装材料以及复合式可视性包装材料等。

以淀粉类包装材料为例, 淀粉类包装材料是以淀粉为原材料, 加入可食用的粘合剂混合成浆料, 再通过热压成型等方式加工成的包装材料, 可广泛应用在各种食品的包装上, 在使用后可作为食物食用, 降低人们生活的成本, 也增添了生活的乐趣。另外即使作为废物丢弃也可充分降解, 对环境没有任何污染。另外, 随着科技的发展, 也出现了用蔬菜作为生产包装的原材料的方法, 将蔬菜打浆、成型、烘干后用于食品包装, 这样一方面可以将其作为包装, 另一方面也使为消费者提供了脱水蔬菜, 可谓一举两得。目前, 可食性包装材料由于巨大的发展潜力已经成为各国科研工作者研发的热点。

3 促进绿色包装发展的策略

3.1 发挥政府的职能作用

要想使绿色包装材料得到快速的、持续、健康的发展, 必须首先发挥政府的职能作用。

首先, 要建立健全相关的法规, 要坚决控制由于生产及使用包装材料造成的污染问题, 要形成问责制度, 对不符合绿色包装材料发展的包装材料生产企业要责令整改甚至转型, 使对环境有污染的包装材料在源头上得以控制。

其次, 要加大宏观调控和扶持绿色包装材料生产的力度, 可以制定绿色包装材料的相关补贴和政策, 放宽行业的准入门坎, 增加政府和民间资金的投入。为绿色包装材料设立专项资金, 以促进这一行业得以稳定和持续的发展。此外, 还要使绿色包装材料与普通包装材料在税收上予以区分看待, 对绿色包装材料实行免税的同时, 要加大对环境污染包装材料的征税力度, 抵消其市场价格优势, 从而在政策的导向上鼓励厂家生产绿色包装, 鼓励公民使用绿色包装, 从而促进绿色包装材料的发展。

3.2 提高企业的思想认识和创新能力

首先, 要使企业树立科学发展观, 使企业意识到, 要想使企业有长期、可持续的发展, 靠生产传统的包装材料是不可能的, 因此要转入到绿色包装材料的创新和生产的道路上来。要强化绿色包装意识, 了解绿色包装材料有低能耗、无污染的优势, 虽然其成本比传统包装材料较高, 但是随着量产化和回收再生产, 可以有效降低产品的成本, 同时还避免了环境监测、处理系统的投入。

其次, 要提高企业的创新能力。当前的绿色包装材料要么成本较高, 要么还做不到完全百分百的环保, 因此企业要充分发挥创新能力, 如取众之所长, 开发具有多种功能的复合绿色包装材料, 并且将绿色包装材料向用途多元化的方向发展。

结束语

可见, 绿色包装材料可以有效减少包装材料对环境的污染, 具有十分广阔的应用前景。随着科技的发展, 相信会有更多、更先进、更低成本的绿色包装材料进入到人们的生活中。

参考文献

[1]吴伟, 陶德良, 贺全国.绿色包装材料和技术的应用及展望[J].包装工程, 2007 (3) .

磁性材料产业发展研究 篇11

现场展出的新材料及材料生产和加工设备种类繁多，包括塑料(工程塑料、特种塑料、改性塑料、环保塑料/可降解塑料)、塑料添加剂和辅料、玻璃纤维及玻璃纤维制品（纱、布、 毡、管、带、绳、棉等）、玻璃纤维生产加工机械设备及专用器材、木塑生产设备及木塑制品、其它复合材料及新材料（聚氨酯、碳纤维、各类膜制品、工业陶瓷）；材料测试仪器；其它新材料生产及加工设备和技术等。

相关链接：

青岛市氟材料产业链研究 篇12

关键词：青岛市,氟材料,产业链

0 引言

近年来,青岛市氟材料产业在国家良好政策的支持下,展现出了良好的发展势头。青岛市已形成了以青岛宏丰氟硅科技有限公司(以下简称青岛宏丰)为龙头的氟材料产业链。

本文按照青岛市氟材料产业独有的价值产业链对该产业的关联性和产业化进行详细分析。

1 萤石

中国的萤石资源居世界首位,萤石的年开采量为260万吨左右,是世界上最大的萤石出口国。

2 HF

HF是生产无机氟和有机氟材料的根本和命门。氟化氢(或氢氟酸)在近年来得到快速发展。目前国内氟化氢总生产能力超过80万吨/年。国内生产技术已成熟,产品质量达到国际先进水平。

3 无机氟化盐

无机氟化盐主要产品为氟化铝、氟铝酸钠、氟化氢铵、氟化钾、氟化钠、氟硅酸盐等。氟化铝和氟铝酸钠是电解铝的重要原料之一,氟化氢铵用于化工、冶金、食品等行业,氟化钾主要用在有机氟化物生产中作氟化剂,我国无机氟盐总产能超过60万吨。

4 CFC-113

CFC-113由无水氢氟酸与四氯乙烯在一定的条件下制备得到的。其主要应用:是一种高效干洗剂、萃取剂、致冷剂、发泡剂;现在国内经国家环保总局特许的有权限生产CFC-113的企业仅有两家:上海三爱富和青岛宏丰。

5 CFC-113a

CFC-113a是经过CFC-113在一定的条件下异构化得到的,主要用于制备含氟农药和医药或其它产品的中间体,也可用于制备氟利昂HFC-134a。国内三爱富股份有限公司年产5000吨CFC-113a而且正在扩产过程中。

6 含氟医药、农药和中间体及精细化学品

20世纪90年代以来,我国含氟精细化工品研究异常活跃。已开发出百余种含氟有机中间体及多种精细化学品,尤其是含氟中间体发展迅速,生产能力快速增加。我国目前开发的含氟有机中间体根据起始原料或化学结构大致分为四大系列,即苯系列化合物、甲苯系列化合物、脂肪族氟化物、杂环化合物。

7 CTFE

CTFE是氟化工产业中必不可少的氟单体之一,CTFE主要是通过锌粉还原法由CFC-113制备得到,主要应用于氟涂料、氟氯油、氟醚、畜用麻醉剂和医药中间体等相关领域。目前,三爱富具备年产600吨的生产能力,由于CTFE资源的稀缺性,青岛宏丰生产CTFE单体主要以满足自需为主。

8 PCTFE

PCTFE分子链中数量众多的氟原子使聚合物呈现良好的化学稳定性、一定的耐温性、不吸湿、难燃、耐辐照等优异性能。国内对聚三氟氯乙烯的需求主要有:耐低温材料、航空航天和制备氟氯油以及防腐涂层和管道、板材等。

9 ECTFE

ECTFE对绝大多数的无机、有机化学品以及有机溶剂,有非凡的抗腐蚀能力。ECTFE具有优良的耐腐蚀性能,极低的渗透率,优良的电性能与表面的极端光滑,国外ECTFE已经商品化,推出的商品名为“HALAR”的氟塑料,国内还没有规模化生产的厂家。

10 1#氟橡胶

1#氟橡胶由VDF与CTFE共聚而形成的弹性体,具有无毒、难燃、自熄和良好的储存稳定性,能溶于低分子酮类和脂类等溶剂。硫化胶具有良好的物理机械性能,耐热性、耐溶剂、耐燃性及电绝缘性。主要用来制造耐腐蚀的密封制品,如O形圈,V形圈,皮碗、隔膜等。国内仅四川晨光具备批量生产1#氟橡胶的能力。

11 PFEVE

PFEVE是由CTFE与其他改性单体共聚制备得到,主要用于氟碳涂料的制备。氟碳涂料可以喷涂、辊涂、刷涂,具有优异的附着力和硬度。PFEVE国内外的生产厂家主要有日本大金和旭硝子、大连振邦、常熟三爱富以及青岛宏丰。

12 氟碳乳液

水性氟碳乳液是由CTFE和多种单体采用乳液聚合的方法制备得到的。水性氟碳乳液广泛应用于涂料和织物整理剂等方面,特别是作为织物三防整理剂使用。美国3M、日本旭硝子、大金等公司已开发、生产出多种牌号的含氟织物整理剂产品,控制了大部分市场。

13 氟氯油

氟氯油通过PCTFE高温裂解或者CTFE调聚得到的,具有极佳的化学稳定性、不燃烧、比重大、绝缘性及介电性良好等特性,主要用做真空泵油、氧压机油、导航陀螺仪油等。对于用应于机械陀螺、航天航空仪表、及腐蚀性气体的压缩机中效果优异。国内仅有长城润滑油生产和销售相关类型的氟氯油产品,国外生产的氟氯油主要是高粘度的产品。

青岛市氟化工行业应尽快建立研究、开发和应用体系,培育足够的研发能力和创新能力;将同类企业园区化、基地化以提高产业集中度,建设产业技术中心或工程中心解决单个企业研发力量不足的问题;同时,推进氟材料技术产权交易,构筑创新环境,围绕氟化工企业技术产权融资,加快产品配套、人才配套,进行高效益的规模扩张,促进产业结构调整,推动青岛市氟化工产业创新,为产业转型和高增值的经济增长提供新的发展动力。

参考文献

[1]张方.我国萤石资源与氟化工产业发展形势分析[J].化学工业,2008,(10).

[2]李黎晓,白瑞明.加快发展青岛市技术产权交易市场之我见[C].青岛:青岛市第二届学术年会论文集,2003.